La décision de construire la cathédrale à Astrakhan a été prise par la Douma municipale le 8 juin 1888 sous la présidence de V. M. Lazarevski. Le temple devait être érigé en l'honneur du 900e anniversaire du baptême de la Russie comme un monument à cet événement. Pour la construction, le sixième site de la ville a été choisi, où vivaient environ 11 000 chrétiens orthodoxes. Une commission composée de membres de la Douma municipale a choisi un emplacement sur les rives du Zaton, au centre du site, sur un terrain vague. L'emplacement a également été choisi en raison de sa situation à la frontière des quartiers russes et tatares, ce qui permettait au temple d'exercer des fonctions missionnaires, attirant les musulmans tatares vers l'orthodoxie et les familiarisant avec les traditions orthodoxes.

Le projet des ingénieurs de Saint-Pétersbourg V. A. Kosiakov et N. E. Ikavits a été reconnu comme le plus approprié le 10 septembre 1890. Bien que la construction ait été prévue pour commencer l'année du 900e anniversaire du baptême de la Russie, en raison de la lente collecte de dons, de la mauvaise récolte de 1891 et de l'épidémie de choléra en 1892, les travaux n'ont commencé qu'en 1895.

La construction a effectivement commencé le 5 mars 1895, lorsque la première prière a été célébrée. Le site pour la cathédrale a été renforcé par des pieux en chêne, et quatre mois plus tard, la fondation a été posée. Le 18 juin 1895, l'évêque Mitrophane Nevsky a célébré une prière à l'occasion de la pose de la fondation, dans laquelle une plaque commémorative décrivant les raisons de la construction a été scellée.

L'architecte municipal Korzhinski a supervisé les travaux, qui ont duré 7 ans. En 1902, les travaux principaux étaient achevés, et la commission a décidé de célébrer la consécration du temple pour le 300e anniversaire de l'éparchie d'Astrakhan.

Après la révolution de 1917, le temple a souffert. En 1919, il s'est retrouvé au centre des combats. En 1923, l'église de Saint Vladimir a failli passer aux rénovateurs. Le prêtre Ioann Velikanov a commencé à célébrer des services selon le nouveau style, mais les croyants ne l'ont pas laissé entrer dans l'église, et il est revenu à l'Église orthodoxe russe.

En mars 1924, l'archevêque Faddei Ouspenski a fait de l'église son cathédrale, car d'autres églises étaient sous le contrôle des rénovateurs. L'église est restée cathédrale jusqu'en 1936, lorsqu'elle a été saisie par les rénovateurs, et en 1939, elle a été fermée par les autorités et utilisée comme entrepôt. En 1967, elle a été réaménagée en gare routière, en peignant tous les icônes des saints.

Le 29 janvier 1998, le chef de l'administration de la région d'Astrakhan, Anatoly Petrovich Goujvin, a ordonné la création d'une commission pour la reconstruction de l'église de Saint Vladimir, dont il est devenu le président. Le 27 juillet 1999, l'église a été restituée à l'Église orthodoxe russe, et le 28 juillet 2001, l'évêque Ion Karpoukhine a consacré les nouvelles cloches.