Строительство началось в 1719, при императоре Петре I. Однако строительство затянулось на многие годы. После прихода к власти императрицы Анны Иоанновны строительством монастыря заведовали Т. Швертфегер, подполковник Военной коллегии Аничков, М.Г. Земцов, П.М. Еропкин. К 1740-м годам особой комиссией недостроенное здание было признано непригодным для использования: своды и стены собора покрылись трещинами, и в 1753 - 1755 годах по повелению императрицы Елизаветы Петровны здание собора полностью разобрали до фундамента.
Императрица Екатерина II именным указом повелела построить второй храм. В 1774 году в результате двух конкурсов одобрение получил проект И.Е. Старова Здание собора возведено в 1776 - 1790 годах по его проекту и под наблюдением архиепископа (впоследствии митрополита) Гавриила (Петрова). В 1778 году, 30 августа, была совершена закладка собора.