Решение о строительстве храма было принято в 1992 году, когда Арсеньевский городской совет народных депутатов выделил земельный участок под его возведение.В 1994 году был разработан проект храма, который прошел необходимые согласования в последующие годы.
Строительство началось осенью 1999 года с рытья котлована и геодезической разбивки осей здания. В марте 2000 года в основание фундамента была заложена памятная капсула. В 2001 году, после привлечения дополнительных ресурсов, работы активизировались. В октябре того же года строительство взяло под патронаж ООО «Арсеньевстрой» под руководством Владимира Хмеля.
В 2004 году архиепископ Владивостокский и Приморский Вениамин совершил чин освящения креста и главного купола храма. К апрелю 2007 года основные строительные и отделочные работы были завершены, и 15 апреля 2007 года состоялось великое освящение храма, которое возглавили архиепископ Вениамин и епископ Уссурийский Сергий.
В июне 2011 года была учреждена Арсеньевская епархия, и 13 сентября того же года храму был присвоен статус кафедрального собора. 15 июня 2012 года при соборе было учреждено архиерейское подворье с женской монашеской общиной.
Архитектурно собор представляет собой пятикупольное здание с пристроенной с западной стороны колокольней, на которой установлено 10 колоколов, самый большой из которых весит 816 кг. Четырехъярусный иконостас выполнен из белого литьевого камня с использованием орнамента синего цвета.