Строительство храма было приурочено к празднованию 2000-летия Рождества Христова и отражает стремление к возрождению духовной жизни в Ханты-Мансийском автономном округе.
В 1988 году, в год 1000-летия Крещения Руси, епископ Тобольский и Тюменский Антоний выбрал место для будущего храмового комплекса на одном из холмов города, где впоследствии был установлен крест. На этом месте регулярно проводились молебны и крестные ходы, что подчёркивало его духовное значение. 10 декабря 1999 года архиепископ Тобольский и Тюменский Димитрий освятил закладной камень, ознаменовав начало строительства собора.
Строительство собора велось в традициях русской архитектуры второй половины XIX века. Автором проекта выступил заслуженный архитектор России Николай Казаков. Собор представляет собой пятикупольный храм с отдельно стоящей колокольней. Высота главного купола достигает 59 метров, а колокольни — 62 метра. Купола и кресты храма были изготовлены в Волгодонске, а колокола отлиты на Московском заводе имени Лихачёва. Самый крупный из них, весом 10 тонн, известен как «Губернаторский» и был установлен на колокольне в июле 2003 года.
В мае 2005 года архиепископ Димитрий освятил часовню в честь святых равноапостольных Кирилла и Мефодия, расположенную на территории храмового комплекса. 25 июня того же года в строящемся соборе был отслужен первый молебен. В мае 2006 года, в рамках Всероссийских дней славянской письменности и культуры, митрополит Крутицкий и Коломенский Ювеналий совершил малое освящение храма и первую Божественную литургию.
Храмовый комплекс включает в себя соборный храм, православную гимназию с крестильным храмом в честь святого равноапостольного князя Владимира, часовню святых Кирилла и Мефодия, а также памятники сибирским святителям — митрополитам Иоанну и Филофею. С северной стороны собора расположен «Православный парк» с фонтанами и аллеей, ведущей к памятнику святым Кириллу и Мефодию.
Внутреннее убранство собора соответствует православным канонам. Алтарь отделён иконостасом с тремя вратами: центральными Царскими и боковыми северными и южными. Северный придел освящён в честь всех святых, в земле Сибирской просиявших, южный — в честь святого благоверного князя Александра Невского. Роспись храма выполнена в сербско-византийском стиле и охватывает площадь около 4100 квадратных метров.
