Смоленский собор находится на пересечении бывших улиц Николо-Песковской (ныне Нормандия-Неман) и Смоленской (ныне Маяковская). Несмотря на утрату части своего первоначального облика, он продолжает радовать глаз и благодаря удачному расположению виден из многих точек Орла, оставаясь архитектурной доминантой города.

Первая Смоленская церковь была заложена в 1767 году жителями Стрелецкой слободы с благословения епископа Тихона (Якубовского) из Севска и Брянска. Жители слободы, сосланные сюда Петром I после бунта 1698 года, были в основном старообрядцами, но в Орле они стали посещать храмы официальной Церкви. Из-за удаленности слободы от центра города возникла необходимость в строительстве храма, особенно в условиях активной деятельности раскольников-беспоповцев, чья молельня находилась неподалеку.

При Екатерине II существовал негласный запрет на строительство новых церквей, но архипастырь обосновал необходимость нового храма миссией среди старообрядцев и противодействием раскольникам. Императрица разрешила строительство каменной церкви во имя Одигитрии Смоленской Пресвятой Богородицы на земле Ивана Чепахина в центре слободы.

Храм был ориентирован алтарем строго на восток, как принято в православной традиции. Выделенной земли хватило на храм, отдельно стоящую колокольню и сад, где позже построили новый Смоленский храм. Первый храм был разрушен в начале 1940-х годов, на его месте позже появился кинотеатр «Комсомольский».

Основной храм расширялся приделами и в конечном виде имел три престола: во имя Смоленской иконы Божией Матери, Нерукотворного Образа и Дмитрия Солунского. В 1777 году в храме уже проходили богослужения. Строительство велось под руководством старосты Ивана Еленина на средства прихожан, которые также жертвовали на украшение храма. В 1852 году «Орловские губернские ведомости» опубликовали завещание купца Ивана Серебренникова о выделении средств на строительство нового храма.

Святынями храма были иконы Смоленской Божией Матери и мученика Мины Александрийского. Церковь упоминается в произведениях Н. С. Лескова «Мелочи архиерейской жизни» и «Соборяне».

Проект храма разработал архитектор Ефимов в 1856 году, а в 1857 году была освящена закладка. В 1869 году в церкви венчался орловский летописец Г. М. Пясецкий. Главная церковь достраивалась и была завершена в 1889 году, освящена в 1895 году, а колокольня возведена в 1908 году. В 1899 году при церкви открылась школа для неимущих прихожан.

В 1938 году храм был закрыт, а во время немецкой оккупации использовался как бомбоубежище. В 1951 году разобрали остатки колокольни, и до 1995 года в храме размещался хлебозавод.

В апреле 1994 года церковь была передана Орловско-Ливенской епархии. 10 августа 1995 года после торжественного богослужения и крестного хода церковь снова открылась. В апреле 1998 года освятили новый алтарь Нерукотворного Спаса, созданный по проекту дизайнера А. И. Кавешникова. Левый алтарь освящен во имя святого мученика Дмитрия Солунского. В мае 1998 года для главного купола изготовили православный металлический крест. В декабре 1999 года завершили работы по отделке золотом купола и креста. В 2014 году провели внутреннюю роспись храма, а в 2015 году установили новый иконостас.