В древности, рядом с источником, известным как Колоды, была построена часовня в честь преподобного Сергия Радонежского. От нее началась первая улица будущего поселения, названная Сергиевской. В 1802 году, когда был утвержден план застройки уездного города Сергач, здесь появилась площадь, на которой было решено построить каменную церковь и казенные здания. Такое соседство собора и официальных зданий вдоль главной площади сохраняется до сих пор.

Этот великолепный храм с голубым куполом виден из разных частей города: с объездной дороги и из поселков Юбилейный и Сахарный. Раньше его можно было и услышать, рядом стояла величественная колокольня, звон которой разносился на 30 верст вокруг. Величие соборной церкви Владимирской Божьей Матери поражает своей архитектурой и удачным выбором места. В семьях коренных жителей сохранились предания об участии предков в его строительстве.

Храм был возведен полтора века назад в честь победы России в Отечественной войне 1812 года, как память о погибших сергачанах. Строительство началось в 1817 году благодаря выделению 37024 рубля 50 копеек Комиссией духовных училищ в 1816 году. В 1820 году освятили алтари: правый в честь пророка Илии, левый в честь Сергия Радонежского, а главный в честь Владимирской иконы Божией Матери в 1828 году. К ноябрю 1829 года Василий Федоров подготовил детальные отчеты о строительстве.

В 1930-х годах храм закрыли, и в его здании разместилась швейная фабрика. Колокольня была утрачена. Лишь спустя 60 лет, в 1993 году, собор вернули Нижегородской епархии. С 1994 года здесь возобновились регулярные богослужения в боковом приделе в честь пророка Илии.

К активным восстановительным работам приступили в 2003 году: отреставрировали центральный придел, отремонтировали пол, использовав около 40 машин песка, зашпаклевали, оштукатурили и побелили стены, обновили алтарь и иконостас. Летом 2004 года частично обновили фасад. Осенью 2005 года полностью отремонтировали купольную часть храма: заменили кровлю, установили новую главку и крест. Весной 2006 года начался капитальный ремонт фасада и роспись шатра.