El primer templo de madera de la Madre de Dios de Kazán en el territorio del monasterio fue construido en 1594, pero ya al año siguiente fue reemplazado por uno de piedra. En 1774, durante el ataque de las tropas de Pugachov, la catedral fue incendiada. A finales del siglo XVIII, el edificio se deterioró tanto que tuvo que ser desmantelado a principios de la década de 1790. En 1791, el arquitecto I. E. Starov desarrolló el proyecto de un nuevo templo, pero la construcción no comenzó hasta el 30 de mayo de 1798, cuando el emperador Pablo I colocó la primera piedra y asignó 25 mil rublos para la construcción. En 1802, el emperador Alejandro I añadió otros 20 mil rublos. El arquitecto F. E. Emelyanov, que fue supervisado por Starov en San Petersburgo, comenzó la construcción, pero no la completó debido a acusaciones de la abadesa Sofía. Finalmente, el arquitecto provincial Y. M. Shelkovnikov terminó la catedral. En 10 años se erigió un majestuoso templo de cinco cúpulas de la Natividad de la Madre de Dios, el más grande de la ciudad, con dimensiones de 49 por 43 metros y una altura de más de 44 metros. El templo estaba adornado con portales y columnas del orden jónico, y la cúpula principal era sostenida por una columnata del orden corintio. Posteriormente, el templo ocupó un lugar central en el conjunto del monasterio. El interior también impresionaba por su esplendor.

La construcción de la catedral, sin contar el interior, costó 57,142 rublos, y la consagración tuvo lugar en 1808. La catedral tenía dos capillas laterales: en honor a Alejandro Nevski y la Asunción de la Santísima Madre de Dios. En 1913, en el lugar de la aparición de la icono en el sótano de la catedral, se construyó una capilla en honor a la Natividad de la Madre de Dios, gracias a los esfuerzos de la Gran Duquesa Elizaveta Fiódorovna.

El templo fue destruido el 26 de mayo de 1932. En el nuevo milenio, comenzó la restauración del complejo monástico. El 4 de noviembre de 2015, el presidente de Tatarstán, Rustam Minnijánov, firmó un decreto para la recreación de la catedral de la Icono de Kazán. El gobierno de Tatarstán desarrolló medidas para recaudar donaciones para la resurrección de la santidad.

En la actualidad, la apariencia exterior de la catedral está completamente terminada: se han instalado cruces en las cúpulas, la fachada está adornada con íconos de mosaico, y se ha mejorado el área circundante. La catedral se ha convertido en uno de los dominantes arquitectónicos de la ciudad. En febrero de 2020, se llevó a cabo la consagración del Templo de la Cueva en honor a la Natividad de la Santísima Madre de Dios en el lugar de la aparición de la Icono de Kazán.