Возведение храма относится к периоду между 1740 и 1749 годами и связано с деятельностью переславского купца Филиппа Фадеевича Угрюмова, который финансировал строительство храма на территории Богородицко-Сретенского Новодевичьего монастыря.
Архитектурно собор представляет собой пятиглавый четверик с боковыми выступами, перекрытыми единой кровлей с люкарнами. Окна расположены в два яруса, а завершение здания характеризуется пятью главами на высоких барабанах, близко поставленными друг к другу. Главный барабан более массивен, что придает строению запоминающийся облик. В интерьере собора находились изящные иконостасы, украшенные копиями икон работы Виктора Васнецова.
Во второй половине XVIII века, после упразднения Переславской епархии, небогатая обитель была закрыта, а ее храмы преобразованы в приходские церкви. В начале XX века, после капитального ремонта, просторный Владимирский храм стал Новым Городским собором, к которому был приписан старый Спасо-Преображенский собор.
В 1929 году, в период активной антирелигиозной пропаганды, собор был закрыт и передан под Дом физкультуры. Колокольня, ранее стоявшая между собором и церковью Александра Невского, была разобрана в 1933 году. В последующие годы здание собора использовалось под различные хозяйственные нужды, включая размещение хлебопекарни и гаража Леспромхоза, что привело к утрате значительной части внутреннего убранства и повреждению архитектурных элементов.
В 1936 году комиссия, обследовавшая состояние собора, отметила его историческую ценность и приняла решение о сохранении здания. Однако полноценные реставрационные работы начались только в 1990-х годах, когда в храме возобновились богослужения. Стараниями местных священнослужителей была открыта первая после Октября 1917 года православная гимназия.
