В 1928 году архиепископ Шанхайский Симон (Виноградов) обратился к русским православным верующим в Шанхае с просьбой собрать средства для строительства крупного православного храма. Собор был заложен в мае 1933 года благодаря стараниям митрополита Виктора (Святина). Проект храма был создан художником Я. Л. Лихоносом, а технические работы выполнили инженеры Б. Ф. Зензинов и Н. А. Белановский. Строительство завершилось в 1937 году под руководством епископа Шанхайского Иоанна (Максимовича).

Храм достиг высоты 35 метров и вмещал около 2,5 тысяч человек, включая 300 человек в хоре. Общая стоимость строительства и оборудования составила более 150 тысяч долларов. Во время культурной революции собор закрыли для богослужений.

В 2002 году русская община Шанхая выразила протест против аренды здания собора, опасаясь, что его внутреннее убранство будет изменено, а сам собор превратится в дискотеку. Они выразили сожаление по поводу такого развития событий. Русский клуб Шанхая с тех пор продолжает добиваться возвращения собора.

15 мая 2013 года, во время первого визита главы Русской православной церкви в Китай, Патриарх Московский и всея Руси Кирилл провел в здании бывшего собора божественную литургию.

В мае 2014 года, в рамках визита Президента России В. В. Путина в КНР, в соборе состоялась фотовыставка «Русские в Шанхае. 1930-е годы». Использование здания для гуманитарных проектов, связанных с русским присутствием в Шанхае, является частью усилий России и Русской Православной Церкви по сохранению памятников русского духовного наследия в Китае и поддержке Китайской Автономной Православной Церкви.

28 апреля 2019 года в соборе прошло пасхальное богослужение, в котором участвовали несколько сотен верующих. Это было разовое мероприятие, разрешенное местными властями.