Собор во имя святой великомученицы Екатерины Александрийской в городе Кингисепп (бывш. Ямбург) был заложен по указу императрицы Екатерины II от 2 августа 1764 года. Проект храма разработан придворным архитектором Антонио Ринальди в стиле, сочетающем элементы барокко и классицизма. Строительство велось с 1764 по 1782 год на месте сгоревшей в 1761 году деревянной церкви Архангела Михаила, возведенной в 1703 году после освобождения города от шведской оккупации.
Первоначальный проект предполагал создание однокупольного храма, однако в процессе строительства по высочайшему повелению архитектурный облик был изменен. К 1780 году здание приобрело пятиглавую композицию с трехъярусной колокольней. В плане собор представляет равносторонний крест с округлыми концами и диагонально расположенными башнями. Высота сооружения составляет 45 метров, центральный световой барабан имеет диаметр 9 метров.
Для строительства использовались материалы из различных регионов: рижский алебастр, пудостский камень, приладожский мрамор, сибирское железо. Фундамент выполнен из известняковых плит с кирпичной проливкой, стены и своды - кирпичные. Иконы для иконостаса созданы профессором Императорской Академии художеств Гавриилом Козловым. Освящение храма состоялось 6 апреля 1783 года.
В 1882 году к столетию собора проведена масштабная реставрация, включавшая обновление икон художником П.П. Кохом. В 1932 году храм был закрыт для богослужений и использовался как складское помещение. В период Великой Отечественной войны здание значительно пострадало от артиллерийских обстрелов и бомбардировок.
Реставрационные работы проводились с 1965 по 1979 год под руководством архитектора В. Тихомирова. С 1979 по 1990 год в здании размещалась экспозиция Кингисеппского историко-краеведческого музея. 3 июня 1990 года собор возвращен Русской Православной Церкви, в нем возобновлены богослужения. В 2004 году завершены работы по воссозданию исторического колористического решения фасадов.
