En 1722, il y avait trois églises à Birytch : l'église de la Protection, l'église de l'Annonciation et l'église de la Trinité, située à Zasosna.

Le 1er octobre 1779, une nouvelle église en bois dédiée à la Protection de la Sainte Vierge a été consacrée. Lorsque Birytch est devenu une ville de district et un centre de bienfaisance, l'église de la Protection a acquis le statut de cathédrale. Les documents de la collégiale militaire de l'époque de Catherine II mentionnent la tenue de funérailles dans cette cathédrale, notamment celles du colonel Domián Elistратов et du général-major Vladimir Iovich Narykov, pour lesquels le rite a été célébré par l'archevêque vicaire de Voronej, Agafon. À la mi-XIXe siècle, la cathédrale en bois était en mauvais état et ne pouvait accueillir tous les fidèles. En 1832, après l'achèvement de la construction de l'église de l'Assomption, le Saint-Synode a donné sa bénédiction pour la collecte de dons en vue de la construction d'une nouvelle cathédrale en pierre. Les fonds alloués par le trésor se sont révélés insuffisants, c'est pourquoi le clergé et les fidèles ont collecté des dons supplémentaires. Le clocher a été construit plus tard. Pour la fête de la Protection en 1838, la cathédrale a été achevée.

De nombreuses personnalités célèbres ont souligné la beauté et la magnificence de l'intérieur de la cathédrale. Parmi eux se trouvaient le compositeur Bortniansky et l'écrivain Danilevsky. L'artiste Kramskoy a utilisé les fresques de la cathédrale pour créer l'image de sa future peinture "Christ dans le désert".

Selon les souvenirs des anciens, la cathédrale de Birytch avait quatre autels. Elle a été décorée par les meilleurs iconographes de la ville et de la province, y compris les frères Jitnikov, qui avaient un atelier d'iconographie à Birytch.

En 1862, une classe de théologie de l'école archiépiscopale de Voronej a été ouverte près de la cathédrale de la Protection, et en 1902, les prêtres de la cathédrale ont commencé à enseigner la Loi de Dieu à l'école paroissiale de l'église de l'Assomption. Pendant ces années, avant et après son service au diocèse de Sviyazhsk-Kazan, l'évêque Dimitri (Sambikin) venait souvent ici.

Après la révolution, la cathédrale a été profanée, en 1922, toutes les valeurs ont été confisquées et le clergé a été dispersé pour avoir refusé de passer à "l'actualisme".

En 1961, le bâtiment de la cathédrale a été réaménagé pour devenir une maison de culture de district : les dômes et le clocher ont été démolis, le toit a été surélevé. Les murs extérieurs ont été conservés, un vestibule avec une salle de projection a été ajouté du côté est, et une chaufferie du côté ouest. Les sous-sols ont été partiellement remplis de débris. La partie temple de l'église est devenue une salle d'actes avec un balcon. La maison de culture a fonctionné dans le bâtiment jusqu'en 2004.

De septembre 2004 à août 2005, dans le cadre des préparatifs pour le jubilé de la ville de Birytch, une reconstruction de la cathédrale a été réalisée et un clocher à trois niveaux a été construit. La cathédrale a été consacrée le 11 septembre 2005.