Храм блаженного Прокопия Устюжского был построен по проекту архитектора А.С. Нюренберга, а возведением занимался архитектор А.Н. Серов. Закладка храма состоялась 18 декабря 1961 года и была освящена архиепископом Филофеем. Окончательное освящение храма провёл митрополит Филарет 5 сентября 1965 года.

После Второй мировой войны в Гамбург и его окрестности прибыло около 10 тысяч русских беженцев, в основном «остарбайтеров». Архимандрит Виталий (Устинов), будущий Первоиерарх Русской Православной Церкви заграницей, заботился о них. В лагерях для перемещённых лиц создавались общины и временные церкви, всего в Западной Германии их было 200. В Гамбурге на улице Харфестэхудэвег, 27 была освящена барачная церковь во имя блаженного Прокопия Устюжского, родом из близлежащего Любека.

В 1953 году эта временная церковь стала кафедрой викарного архиепископа Гамбургского и Северо-Германского Филофея (Нарко), который возглавлял её 30 лет. Он инициировал строительство каменного храма на 350 человек в Гамбурге, заложив его 18 декабря 1961 года по проекту А.С. Нюренберга. Здание в псково-новгородском стиле с двухэтажной пристройкой для священника строил архитектор Л.Н. Серов на участке, предоставленном городом. Финансовую поддержку оказали протестантские и католические церкви, а строительство обошлось в 410 тысяч марок.

Церковь была освящена 3 сентября 1965 года митрополитом Филаретом, при участии архиепископов Берлинского и Германского Александра, Гамбургского Филофея, Женевского и Западноевропейского Антония и епископа Нафанаила.

Здание храма имеет крышу зелёного цвета с голубой главкой, украшенной золотыми звёздами. Над входом возвышается небольшая луковка, такая же украшает звонницу на южном фасаде. Белоснежные стены прорезаны узкими окнами-бойницами. Внутренние стены расписаны в древнерусском стиле художником Н.Б. Мейендорфом, который также создал образы для иконостаса. Ему помогала дочь Елена Николаевна. Интерьер украшает двухъярусное чеканное паникадило, подаренное одним армянином.

Гамбургский собор стал первым русским храмом и архиерейской кафедрой на севере Германии. Это выдающееся произведение церковной архитектуры Русского Зарубежья в послевоенной Европе отличается гармоничными пропорциями и живописной композицией снаружи, а внутри, нарядным убранством. До 2005 года настоятелем храма был протоиерей Амвросий Бакхаус из православных немцев. Для них службы проводятся раз в месяц в Никольской домовой церкви.

С 1945 года в Любеке, в приделе протестантского храма святой Екатерины, действует православная церковь с тем же именем, что и в Гамбурге. В обоих храмах служит отец Иосиф Вовнюк.