Собор Архангела Михаила в Ломоносове (до 1948 года — Ораниенбауме) был основан как деревянная церковь в 1865 году по инициативе протоиерея Гавриила Любимова. Храм строился на пожертвования частных лиц, включая лесопромышленника Николая Русанова, и был освящён 17 декабря 1866 года. Главный престол посвящён Архистратигу Михаилу, боковые приделы — святителю Николаю Чудотворцу и Казанской иконе Божией Матери. Первоначально церковь была приписана к дворцовой Пантелеймоновской церкви, но в 1895 году перешла в епархиальное ведомство.
В 1902 году храм получил статус собора. В 1905–1907 годах к нему пристроили каменную колокольню, которая визуально не соответствовала деревянному зданию. Это привело к решению о строительстве нового каменного собора. Проект в неорусском стиле, разработанный архитектором Александром Миняевым, был утверждён в 1911 году. Строительство завершилось в 1914 году, и 30 января того же года митрополит Владимир (Богоявленский) освятил главный престол.
В 1932 году собор был закрыт, а его внутреннее убранство утрачено. Здание использовалось как склад. В 1988 году храм возвращён Русской православной церкви по инициативе местной общины. После реставрации в 1992 году состоялось повторное освящение. В 1994 году были освящены боковые приделы. Архитектура собора выполнена в псково-новгородском стиле с элементами древнерусского зодчества.