Собор Смоленской иконы Божией Матери в городе Козьмодемьянске был заложен в 1866 году в память о спасении императора Александра II от покушения, совершенного Дмитрием Каракозовым 4 апреля того же года. Строительство велось на средства губернского секретаря Михаила Ивановича Дьяконова, купцов Василия Ивановича Замятнина и Якова Алексеевича Морозова. Освящение храма состоялось в 1872 году.
Собор представляет собой четырехстолпный пятиглавый храм в русско-византийском стиле, с отдельно стоящей колокольней. Главный престол освящен в честь Смоленской иконы Божией Матери, правый придел — во имя Архистратига Михаила, левый придел — во имя святого благоверного князя Александра Невского. Архитектурное решение близко к проектам Константина Тона, с элементами, характерными для храмового зодчества XVI-XVII веков.
В 1910 году к собору были приписаны две часовни: одна построена в 1881 году в честь коронации императора Александра III, другая — в 1883 году в память 300-летия Козьмодемьянска. При храме действовала церковно-приходская школа.
В 1929 году собор был закрыт советскими властями. Колокольня и пятиглавие были разрушены, здание передано под краеведческий и художественный музеи. В 1998 году храм возвращен Русской Православной Церкви. 7 августа того же года в нем возобновились богослужения, а 24 сентября 1999 года состоялось архиерейское освящение. В 2000-х годах проведена реставрация, включая восстановление настенных росписей специалистами из Санкт-Петербурга.
