Его строительство было инициировано в связи с необходимостью создания православного храма в данном населённом пункте.
Закладка храма состоялась 3 июля 1999 года. Строительство велось при участии различных организаций и на пожертвования верующих. Освящение храма было совершено 27 августа 2000 года.
Архитектурно собор представляет собой деревянную шатровую церковь, выполненную в традициях северного русского зодчества. Здание украшено резными наличниками, имеет высокие хоры и пятиярусный иконостас, образы для которого были написаны московскими мастерами.
С момента освящения храм стал центром духовной жизни для жителей Плесецка и окрестных населённых пунктов. В 2017 году, после учреждения Плесецкой епархии, храм получил статус кафедрального собора, став административным и духовным центром новой епархии.