История этого храма охватывает более трёх столетий и включает несколько этапов строительства и реконструкции.
Первая Исаакиевская церковь была построена в 1707 году по указу Петра I на территории Адмиралтейства. Это было деревянное здание, возведённое под руководством графа Ф.М. Апраксина. В 1712 году в этой церкви состоялось венчание Петра I и Екатерины Алексеевны. К 1717 году деревянная церковь обветшала, и было принято решение о строительстве новой каменной церкви. Строительство велось под руководством архитекторов Георга Маттарнови и Николая Гербеля. Однако из-за осадки грунта на стенах и сводах появились трещины, и здание пришлось разобрать.
В 1768 году, по указу императрицы Екатерины II, началось строительство третьего Исаакиевского собора по проекту архитектора Антонио Ринальди. Церковь была задумана в стиле барокко с пятью главами и трёхъярусной колокольней. Строительство продолжалось 34 года и было завершено при императоре Павле I под руководством архитектора Винченцо Бренны, который внёс изменения в первоначальный проект, упростив его. Однако качество строительства оказалось неудовлетворительным, и собор не соответствовал архитектурному облику формирующейся Исаакиевской площади.
В 1809 году император Александр I объявил конкурс на проект нового собора. После нескольких неудачных попыток, в 1816 году председатель «Комитета по делам строений и гидравлических работ» Августин Бетанкур предложил поручить проект молодому архитектору Огюсту Монферрану. В 1818 году проект Монферрана был утверждён, и началось строительство четвёртого Исаакиевского собора.
Строительство продолжалось 40 лет, с 1818 по 1858 год. Для обеспечения прочности фундамента было забито более 12 000 еловых свай. Собор выполнен в стиле позднего классицизма и представляет собой восьмистолпный крестово-купольный храм с четырьмя восьмиколонными портиками. Высота собора составляет 101,5 метра, длина — 111,28 метра, ширина — 97,6 метра.
В оформлении собора использованы монументальные скульптуры и рельефы. На фасадах установлены 72 монолитные гранитные колонны высотой 17 метров. Декоративная наружная скульптура и капители выполнены из бронзы, кровля — медная, купол также медный и позолоченный.
В 1928 году, в ходе антирелигиозной кампании советской власти, собор был закрыт для богослужений. В период с 1930 по 1937 год в его стенах размещался Антирелигиозный музей. Во время Великой Отечественной войны здание собора не было разрушено, однако получило повреждения, которые впоследствии были устранены в ходе реставрационных работ.