Дата постройки последнего здания: 1861-1891   см. фотографии объектов той же эпохи

Каменный храм в неовизантийском стиле, сооружённый над фундаментами византийской базилики VIII в. Заложен в 1861, внешне окончен к 1877, в 1891, после внутренней отделки, освящён. Трёхнефное однокупольное здание с пониженными угловыми компартиментами. В цокольном этаже Рождество-Богородицкий храм с приделом прп. Мартиниана (1902), вверху боковые приделы Андрея Первозванного и Александра Невского. Закрыт в 1926. В 1941-1944 сильно повреждён в ходе боевых действий, многие годы стоял в руинах, с рухнувшими сводами. В 1997-2001 внешне отреставрирован, в 2004 освящён.

По ряду предположений, собор поставлен над фундаментами храма Рождества Богородицы, в котором по легенде был крещён князь Владимир.