Собор был поставлен на месте Никольских ворот Можайского кремля (XIV в.), и частично включил в себя их стены. Строительство собора продолжалось с 1779 по 1812 г. Архитектором храма стал московский архитектор, ученик М. Ф. Казакова Алексей Никитич Бакарев. После Великой Отечественной войны сильно пострадавший собор был восстановлен без купольной ротонды над центральной частью. После реставрации в нем разместилась трикотажная фабрика, и лишь в 1980-х гг. его вместе с прочими зданиями на кремлевском холме передали в ведение Государственного Бородинского военно-исторического музея. С 1994 г. в соборе возобновились богослужения.