Одними из первых жилых районов Санкт-Петербурга стали кварталы, расположенные к западу от Петропавловской крепости. Именно там сначала появилась небольшая церквушка, а затем трехпрестольный храм-мазанка, которые предшествовали строительству Князь-Владимирского собора.

Современный собор начали возводить в 1740 году, почти через сорок лет после основания города. Однако строительство не обошлось без трудностей: через год после начала работ произошел дворцовый переворот, власть изменилась, и строительство храма было приостановлено более чем на двадцать лет.

Архитектором храма стал знаменитый итальянский мастер Антонио Ринальди, известный своими проектами Большого театра, Большого дворца в Гатчине, Дворца Петра Третьего и рядом сооружений в Царском селе и Ораниенбауме.

Собор неоднократно перестраивался и достраивался вплоть до начала XXI века: обновлялся внешний фасад, перемещались приделы, менялся иконостас, добавлялись хоры, колокольня, две часовни и ограда.

Внутри собора три нефа: широкий центральный и два боковых, меньшего размера. Высокие арки, четыре боковых купола и один большой в центре. Фресок, привычных для православного храма, нет, но иконостас богато украшен, и в соборе много значимых икон. В какой-то период здесь находилась икона Казанской Божьей Матери. В интерьере храма преобладают синие и белые цвета.

В недавно отреставрированном Князь-Владимирском соборе сегодня находится более 3 тысяч изображений святых. Среди главных святынь, икона князя Владимира с частицей мощей, икона-мощевик с 49 частицами мощей святых угодников Божиих и чудотворная икона Успения Божией Матери.