В 1892 году в уездном центре началось строительство духовного центра, храма в честь Нерукотворного Образа, который позже стал кафедральным собором. Инициатором и главным благотворителем этого проекта был почетный гражданин Павлограда Яков Федорович Голубицкий. Храм был построен и торжественно открыт в 1898 году.

Первая мировая война, октябрьский переворот и гражданская война принесли много страданий. Павлоград, как и другие города Украины, переживал последствия революции, войн, коллективизации, раскулачивания, голодомора и сталинских репрессий. Красный террор затронул и Святую Церковь.

В течение первых двух десятилетий XX века почти все храмы Павлограда были закрыты или разрушены. Единственным действующим храмом остался Спасо-Нерукотворного Образа, который после разрушения в 1936 году Вознесенского собора стал главным собором Павлоградского благочиния и духовным центром для жителей пяти близлежащих районов.

Во время Великой Отечественной войны в 1943 году здание собора сильно пострадало от бомбардировок, а настоятель храма, протоиерей Симон, трагически погиб. В период «хрущевской оттепели» храм также пострадал.

В 1960 году собор был закрыт и переоборудован в спортзал, а рядом построили здание спортивной школы. Захоронения Якова Голубицкого и его супруги были разрушены, а останки перенесены на городское кладбище.

С обретением независимости Украины началось возрождение утраченных святынь. В 1991 году храм Спасо-Нерукотворного Образа был возвращен Церкви. Его настоятелем стал протоиерей Валентин Цешковский. Реставрация храма завершилась в 1995 году.

После открытия храма на Сретенье Господне прошло его великое освящение и первая за 30 лет Божественная литургия, которую возглавил архиепископ Днепропетровский и Криворожский Ириней.

Протоиерей Тарас Потеруха восстановил иконостасы в южном и северном приделах храма, посвященных Благовещению Пресвятой Богородицы и святителю Николаю Чудотворцу. 13 июля 1996 года архипастырь освятил в них престолы. В том же году, после решения Священного Синода УПЦ об образовании двух епархий в Днепропетровской области, архиепископ Ириней получил титул «Днепропетровский и Павлоградский», а собор стал кафедральным.

В 1994 году соборной общине передали двухэтажное здание в церковном дворе, где разместили помещение для крещения, библиотеку, канцелярию, классы воскресной школы, просфорную и трапезную. Все работы были выполнены своими силами. В 1999 году начали работу информационный и миссионерский отделы.

В 2002 году завершилась роспись храма, а в начале 2003 года городские власти передали здание рядом с собором, которое в 2004 году было отремонтировано и переоборудовано под учебное заведение для детей. Вскоре школа стала образовательно-просветительским центром, включающим четырехгодичную воскресную школу во имя святых равноапостольных Кирилла и Мефодия.