Au début du XIXe siècle, le quartier où se trouvait la cathédrale de la Protection était situé à la périphérie de la ville. En 1805, un cimetière urbain y fut ouvert, où une église en bois en l'honneur de saint Jean-Baptiste avec une chapelle au nom de l'Exaltation de la Sainte Croix fut construite. Avec le temps, les quartiers urbains se rapprochèrent du cimetière, le nombre de paroissiens augmenta, et l'ancienne église devint trop petite et vétuste.

En 1853, les marchands Chikhobalov, Anton, Emelian et Matveï, avec les habitants des quartiers voisins, s'adressèrent à l'évêque de Samara, Eusebius Orlinsky, pour demander la permission de construire un nouveau temple en pierre à la place de l'église en bois. Le projet, élaboré par l'architecte provincial A.I. Maisner, fut envoyé à Saint-Pétersbourg, mais il ne fut pas approuvé. En 1857, le projet de l'architecte E.I. Jibert fut accepté. À cette époque, l'église du cimetière obtint le statut de paroisse, et le cimetière fut fermé.

Anton et Emelian Chikhobalov firent don de 34 000 roubles pour la construction, ce qui couvrit les frais de maçonnerie en pierre et de décoration intérieure. Les travaux de construction commencèrent en juillet 1857, et le 14 septembre de la même année, l'évêque Théophile Nadejdin posa solennellement la première pierre du temple. Le comité de construction comprenait les frères Chikhobalov, les prêtres Ioann Slovoakhtov et Alexandre Tsaregradsky, ainsi que des bienfaiteurs paroissiaux. Anton Chikhobalov devint trésorier du comité et premier ancien de l'église.

La construction fut réalisée avec soin et achevée en deux ans. Pour leur diligence dans l'édification du temple, les frères Chikhobalov furent récompensés par des médailles d'or, et Parshensky reçut l'ordre de Saint-Stanislas de 3e classe. Un caveau familial des Chikhobalov fut aménagé dans l'enceinte de l'église.

Le 17 juillet 1861, le maître-autel fut consacré en l'honneur de la Protection de la Vierge, et le 12 novembre de la même année, le maître-autel droit en l'honneur de saint Mitrophane. Le premier recteur fut le protopresbytre Alexandre Tsaregradsky, et après sa mort, son frère Nicolas.

Bien que l'église ait été prévue comme une église à trois autels, pendant longtemps, le côté gauche abritait la sacristie et le bureau. En 1906-1907, grâce aux fonds de Piotr Ivanovich Chikhobalov, une annexe fut construite, où la sacristie et le bureau furent transférés. En 1911, l'autel gauche fut consacré en l'honneur de saint martyr Émilien.

L'architecture de l'église de la Protection est réalisée dans le style de l'architecture religieuse moscovite du XVIIe siècle et peut accueillir jusqu'à 2000 personnes. L'intérieur était richement décoré, les autels étaient revêtus de marbre artificiel, et les murs étaient couverts de fresques. L'icône de l'Image Non-Faite de Jésus-Christ et la croix avec les reliques des saints étaient particulièrement vénérées.

Pendant 60 ans, l'église reçut des dons généreux des marchands Chikhobalov. Anton Chikhobalov remplaça la cloche, paya le revêtement de l'église, construisit une maison pour le clergé et ouvrit une école du dimanche. En 1890, grâce à ses fonds, le square de la Protection fut aménagé.

Après la révolution de 1917, l'église se retrouva sous le contrôle des rénovateurs, mais en 1938, elle se réunit avec le Patriarcat de Moscou. Pendant la guerre, la cathédrale participa à la collecte de dons, et son chœur était l'un des meilleurs de Russie.

En 1977, un incendie se déclara dans la cathédrale, détruisant une grande partie des fresques. La restauration du temple dura près de quatre ans. En 1991, le caveau des Chikhobalov fut ouvert, et les restes furent réinhumés sur le territoire de la cathédrale.

Aujourd'hui, la cathédrale de la Protection célèbre régulièrement des offices et mène un travail spirituel et éducatif. À l'avenir, elle pourrait céder son statut de cathédrale à une nouvelle cathédrale, mais restera une partie importante de l'histoire de l'Église orthodoxe russe et de l'évêché de Samara.