Строительство храма началось в 1901 году и продолжалось до 1909 года. Основным инициатором и спонсором строительства был уфимский купец и меценат Никифор Миронович Патокин. Возведение храма осуществлялось на средства, предоставленные Патокиным, что позволило завершить строительство в установленные сроки. 6 сентября 1909 года храм был освящён епископом Уфимским и Мензелинским Нафанаилом (Троицким) во имя Рождества Пресвятой Богородицы. Северный придел был освящён в честь святителя Николая Чудотворца, южный — во имя Архистратига Михаила .
Архитектурно собор представляет собой каменное однокупольное здание в стиле «кирпичного зодчества» с трёхъярусной колокольней, на которой изначально размещались восемь колоколов, главный из которых весил 50 пудов. Здание окружено кованой оградой на кирпичных столбах. Внутреннее пространство храма разделено четырьмя колоннами на три части, стены украшены росписями. Собор имеет три престола, что соответствует традиционной структуре православных храмов .
В 1934 году храм был закрыт, разграблен и частично разрушен. В период советской власти здание использовалось для различных светских целей, что привело к утрате многих архитектурных и художественных элементов. В последующие годы здание находилось в запущенном состоянии.
В 1991 году храм был возвращён Русской Православной Церкви. С этого времени начались восстановительные работы, направленные на возвращение собору его первоначального облика. В 2011 году храму был присвоен статус кафедрального собора. В настоящее время собор функционирует как главный православный храм Уфы, являясь центром духовной жизни города и региона .
