В августе 1988 года группа верующих из Новочебоксарска обратилась к архиепископу Чебоксарскому и Чувашскому Варнаве с просьбой назначить ответственного за открытие молельного дома. 5 сентября 1988 года было зарегистрировано Новочебоксарское религиозное общество и утвержден церковный совет во главе со старостой Александром Никитиным.
В 1989 году на месте бывшей деревни Ельниково возведен деревянный молельный дом, освященный 22 апреля 1989 года архиепископом Варнавой. В этот же день совершена первая Божественная литургия в присутствии многочисленных прихожан.
Строительство каменного храма началось в 1990 году по проекту архитектора Анатолия Орешникова. Храм выполнен в крестово-купольной системе с пятью главами, символизирующими небо. Колокольня высотой 43 метра вмещает 12 колоколов.
28 июля 1994 года освящен нижний храм во имя святителя Николая Чудотворца, названный в память о снесенной церкви села Яндашево. 28 июля 1995 года освящен придел в честь иконы Божией Матери «Скоропослушница». 25 июня 1996 года Патриарх Московский и всея Руси Алексий II совершил великое освящение главного престола в честь святого равноапостольного князя Владимира, после чего храм получил статус собора.
В последующие годы на территории собора возведены: гостиница, иконная лавка, часовня у родника в овраге. В 2000 году завершено обустройство соборной площади с памятником князю Владимиру работы архитектора Михаила Виноградова.