Строительством руководил архитектор из Италии А. Фиораванти. Проект предусматривал возведение собора из белого камня и кирпича, с пятью главками и шестью столпами. Фрески внутри были сделаны русскими мастерами живописи, в том числе и знаменитым Дионисием.
Это храм был главным кафедральным собором страны, здесь происходили важнейшие мероприятия: венчание на царство Ивана IV, заседание Земского собора 1613 года, где решался вопрос об избрании нового царя, коронации всех императоров России (даже в период, когда столицей был Санкт-Петербург).
В настоящее время храм является музеем, Богослужения проходят по особому распоряжению Патриарха.