После визита царской семьи в Екатеринодар в 1888 году и их чудесного спасения при крушении поезда возникла идея строительства Екатерининского собора. Год спустя городская дума решила основать в храме престолы в честь небесных покровителей семьи Александра III: св. Александра Невского, св. Марии Магдалины, св. Николая Чудотворца, св. великомученика Георгия, св. князя Михаила Тверского, преп. Ксении и св. княгини Ольги. Главный престол был посвящен св. великомученице Екатерине, покровительнице города. На сбор средств и подготовку к строительству ушло много лет. Проектирование храма поручили городскому архитектору И.К. Мальгербу, выпускнику института гражданских инженеров, а инженерные расчеты выполнил Б.К. Правдзик. К 1898 году проект был завершен.

Архитектурно храм напоминал собор в Новочеркасске: пятиглавие, колокольня над главным входом, оформление окон и декор фасадов. Композицию дополняли два симметрично расположенных придела или часовни у главного входа, а также приделы в крипте. Храм должен был стать крупнейшим в Кубанской области. Проект утвердили в городской думе, и началось строительство. Закладка храма состоялась 23 апреля 1900 года. Строительство затягивалось из-за нехватки средств и политических событий. Общестроительные работы завершились только в 1911 году, и в сентябре на купола установили кресты. Затем началась отделка, доверенная Обществу русских художников. Росписи покрывали ключевые участки стен, сводов и куполов, планировалось изобразить около семидесяти сцен из Нового Завета и святых среди «византийского» и «древнерусского» орнамента. Предполагалось также создание богато украшенного мраморного иконостаса. Освящение собора состоялось 23 марта 1914 года, но работы по внутреннему убранству продолжались еще несколько лет.

После революции собор стал обновленческим, но это не спасло его от гонений. Церковные ценности были изъяты, а в 1931 году запретили колокольные звоны. Благодаря усилиям И.К. Мальгерба, собор удалось сохранить, но его закрыли и использовали как склад. Деятельность собора возобновилась в 1944 году после освобождения Краснодара от фашистов. Названия приделов изменили на Успенский, Воскресенский, Благовещенский, Сергиевский и Варваринский, а главный придел сохранил название Екатерининский. К 1000-летию крещения Руси в соборе обновили настенные росписи и иконостас. В 1990 году собор приобрел звонницу из семи современных колоколов, а в 1992 году, колокол «Благовест» весом в полторы тонны. Сейчас собор имеет 12 колоколов.