Собор был заложен 15 мая 1552 года по указанию царя Ивана IV Грозного в честь взятия Казани и в знак отличия верейских ратников под руководством князя Владимира Андреевича Старицкого при штурме города. На медной доске, ранее укреплённой над дверью храма, значилось: «Божиею милостию по благословению Преосвященного митрополита Макария всея России заложена бысть сия церковь Рождества Бога и Спаса нашего Иисуса Христа в лето 7060 мая 15 дня при державе Благоверного царя и Великого князя Иоанна Васильевича всея России повелением Великого князя Владимира Андреевича и матери его Благоверныя княгини Ефросиньи».
Изначально собор представлял собой белокаменный четырёхстолпный храм с трёхчастной апсидой и перспективными порталами с килевидными завершениями на северном и южном фасадах. В 1729—1734 годах были разобраны своды, и сооружена верхняя часть в форме «восьмерик на четверике». В конце XVII века к храму пристроили трапезную с приделами.
Колокольня в стиле классицизма была построена в 1802 году и украшена значительно богаче основного здания. В 1815 году в древней части собора похоронили генерала Ивана Дорохова, героя Отечественной войны 1812 года.
В 1918 году красноармейцы разорили захоронение и снесли памятник Дорохову, а в 1924 году храм закрыли. В 1999 году храм был возвращён общине, начались восстановительные работы, и 26 декабря 2000 года митрополитом Крутицким и Коломенским Ювеналием проведено первое богослужение, а останки генерала Дорохова были перезахоронены.
