En 1928, l'archevêque de Shanghai Simon (Vinogradov) a fait appel aux croyants orthodoxes russes de Shanghai pour recueillir des fonds en vue de la construction d'une grande église orthodoxe. La cathédrale a été posée en mai 1933 grâce aux efforts de l'archevêque Victor (Sviatin). Le projet de l'église a été réalisé par l'artiste Y. L. Likhonos, et les travaux techniques ont été effectués par les ingénieurs B. F. Zenzinov et N. A. Belanovski. La construction a été achevée en 1937 sous la direction de l'évêque de Shanghai Jean (Maximovitch).

L'église a atteint une hauteur de 35 mètres et pouvait accueillir environ 2 500 personnes, dont 300 dans le chœur. Le coût total de la construction et de l'équipement a dépassé 150 000 dollars. Pendant la Révolution culturelle, la cathédrale a été fermée aux services religieux.

En 2002, la communauté russe de Shanghai a exprimé son opposition à la location du bâtiment de la cathédrale, craignant que son intérieur ne soit modifié et que la cathédrale ne se transforme en discothèque. Ils ont exprimé leur regret face à cette évolution. Le club russe de Shanghai continue depuis de revendiquer le retour de la cathédrale.

Le 15 mai 2013, lors de la première visite du chef de l'Église orthodoxe russe en Chine, le Patriarche de Moscou et de toute la Russie Kirill a célébré la divine liturgie dans le bâtiment de l'ancienne cathédrale.

En mai 2014, dans le cadre de la visite du Président russe V. V. Poutine en RPC, une exposition photo «Les Russes à Shanghai. Années 1930» a eu lieu dans la cathédrale. L'utilisation du bâtiment pour des projets humanitaires liés à la présence russe à Shanghai fait partie des efforts de la Russie et de l'Église orthodoxe russe pour préserver les monuments du patrimoine spirituel russe en Chine et soutenir l'Église orthodoxe autonome chinoise.

Le 28 avril 2019, un service pascal a eu lieu dans la cathédrale, auquel ont participé plusieurs centaines de croyants. C'était un événement unique, autorisé par les autorités locales.