Кафедральный собор Рождества Христова в Южно-Сахалинске был построен в период с 2012 по 2016 год. Инициатива строительства возникла из-за недостаточной вместимости прежнего кафедрального собора Воскресения Христова. 21 сентября 2010 года патриарх Московский и всея Руси Кирилл совершил чин благословения на строительство нового храма в парке Победы.
Строительные работы начались в августе 2012 года под руководством подрядчика ООО «Горстрой». Первая Божественная литургия была совершена 7 июня 2013 года в нижнем храме Трёх святителей. 14 августа 2015 года состоялась первая литургия в верхнем храме Рождества Христова. Великое освящение собора патриархом Кириллом произошло 4 сентября 2016 года.
Архитектура собора выполнена в новгородском стиле. Высота сооружения составляет 77 метров без учёта креста. Фасад облицован белым мрамором, стилобатная часть — красным гранитом. Над центральным входом расположены часы-куранты диаметром 4 метра. Внутреннее пространство включает четыре ряда галерей и пятиярусный иконостас с 98 иконами.
Храм имеет два престола: главный освящён в честь Рождества Христова, нижний — в честь Трёх святителей. В цокольном этаже оборудована крестильная купель для взрослых. В оформлении интерьера использованы мозаики общей площадью 175 квадратных метров, созданные в Иерусалиме. На полу центрального зала размещена флорентийская мозаика с изображением Вифлеемской звезды.
Колокольня собора насчитывает 30 колоколов, отлитых в различных регионах России. Главный колокол весит 6700 кг. Храм оборудован инженерными системами, включая лифты для маломобильных прихожан. Вместимость собора составляет около 1000 человек.