Спасский собор был возведен в 1808-1816 годах на центральном святом месте города, где с XVI века стояли церкви-предшественницы: сначала деревянная, затем с 1684 года каменная. Все они были посвящены главной елабужской святыне, иконе Спаса Нерукотворного, датируемой серединой XVII века. Примечательно, что именно этот образ защищал и Казанский кремль, и город Елабугу от бедствий. Считается, что благодаря ему Елабуга была спасена от башкирских отрядов во время восстания под предводительством Акая Кусюмова. В память об этом чудесном избавлении до революции ежегодно проводились крестные ходы с иконой в Мензелинск и обратно.

Собор является настоящим архитектурным чудом начала XIX века. К счастью, его внешний облик сохранился практически без изменений. Пятиярусная колокольня высотой 70 метров, как и сам храм, окрашена в снежно-белый цвет и видна даже за пределами города. Она выше самой высокой казанской колокольни на улице Баумана и превосходит по высоте раифскую и несохранившуюся седмиозерную. Это, возможно, самая крупная колокольня в Волго-Вятском регионе, уступающая лишь на 11 метров знаменитому «Ивану Великому» в Московском Кремле. До революции на ней висел большой колокол весом 4,8 тонны, отлитый на заводе Василия Афанасьевича Шишкина, деда известного художника. Ярусы колокольни, постепенно уменьшаясь, словно лестница, устремляют взгляд в небо, где на солнце сверкает ее вершина в форме свечного пламени. Колокольню соединяет с храмом длинная трапезная с 11 окнами на каждой стороне. За ней возвышается сам собор, в полтора раза ниже колокольни, но все равно внушительный. Пять полусферических куполов на восьмигранных барабанах увенчаны изящными луковками. В оформлении храма и колокольни изобилуют ионические полуколонны, которые придают сооружению легкость и высоту.

Благодаря щедрым пожертвованиям купцов, интерьер храма был богато украшен. Однако после революции все ценности были разграблены. По описи, составленной при конфискации, только серебряной церковной утвари насчитывалось 273 кг, не говоря уже о золоте и драгоценных камнях на ризах икон.

Частично сохранились лишь великолепные росписи стен, созданные выдающимися русскими художниками XIX века, такими как Гунн, Бруни и Верещагин. Говорят, что маленький Ваня Шишкин, будущий великий пейзажист, родившийся в 1832 году в Елабуге, часто приходил наблюдать за росписью собора. Жизнь Елабуги в последнем предреволюционном веке была неотделима от этого храма. Его посещали великий уроженец города психиатр В.М. Бехтерев, а также писатели М.Е. Салтыков-Щедрин, В.Г. Короленко, М.И. Пришвин и А.Н. Толстой. Собор видел на своем веку и трагические события: 24 февраля 1918 года были расстреляны соборный священник Павел Васильевич Дернов и трое его сыновей, став одними из первых жертв красного террора в нашем краю.