Построен в период с 1854 по 1860 года по типовому проекту архитектора К. А. Тона.
В 1887 году по проекту войскового архитектора-инженера А. А. Кампиони и художника-архитектора Д. В. Лебедева возведена четырехъярусная колокольня с церковью Святого Николая Чудотворца, архиепископа Мир Ликийских и звонницей.
В 1937 году собор был закрыт и на его территории разместился зоопарк, а впоследствии складские помещения. В 40-е годы была разрушена колокольня.
Снова собор открыт в 1942 году. В 1950 году в соборе был произведен ремонт и восстановлены росписи, в 1988 г. проведена реконструкция внутреннего убранства храма. В 1999 году, к 250-летию города Ростова, восстановлена колокольня в её первоначальном виде. Над проектом восстановления работал архитектор Ю.Н.Солнышкин.