Владимирский собор в Кронштадте, один из самых красивых храмов города, был основан в 1875 году на месте прежних деревянных церквей, которые строились здесь трижды. Необходимость возведения большого каменного храма возникла из-за желания многочисленных моряков Кронштадта посещать церковные службы. В то время гарнизон насчитывал 4500 человек, что усложняло задачу. Военный губернатор Кронштадта, вице-адмирал Казакевич, обратился с просьбой о строительстве каменного собора и 2 января 1873 года получил разрешение от Императора Александра II.

Для новой церкви инженерное ведомство приобрело участок у купца Ильина за 7050 рублей серебром, расположенный рядом со старой деревянной церковью. Строительство под руководством академика архитектуры Христиана Ивановича Грейфана началось в 1875 году, а торжественная закладка состоялась 8 мая того же года. Проект нового собора разработал выдающийся русский архитектор Давид Иванович Гримм, один из создателей «русского стиля» в архитектуре. Таким образом, строительство Владимирского собора велось на высоком уровне.

Церковь была завершена в 1879 году, а 7 марта 1880 года состоялось её торжественное освящение, проведенное главным священником армии и флота Петром Покровским. Внутренняя и внешняя отделка храма завершилась только в 1882 году. Строительство финансировалось государством, общая сумма составила 201687 рублей. В 1903 году церковь получила статус собора.

Фасады храма оформлены в стиле русской архитектуры XVII века, а внутренняя планировка напоминает базилики раннехристианских церквей, схожая с церковью Сант-Аполлинаре-Нуово в Равенне. Потолок выполнен с использованием кессонов для сходства с римским стилем.

Высота колокольни составляет 50 метров, а храм рассчитан на 3000 человек. Роспись храма была выполнена по эскизам Ефима Годуна, а в нем хранились знамёна различных воинских частей.

Главной святыней собора был список Владимирской иконы Божией Матери, написанный 9 июля 1703 года по распоряжению Петра Великого специально для Кронштадта. Образ был выполнен маслом на металле и украшен позолоченной медью. В 1735 году для иконы были созданы бронзовый киот и сребро-вызолоченная риза с венцом и разноцветными камнями. На иконе была надпись: «Сей образ написан ЗCI года мая 29 дня, оклад сделан 1735 года февраля 20-го дня». Образ находился справа от Царских врат. В 1931 году икона была изъята, её дальнейшая судьба неизвестна, возможно, она была уничтожена.

6 ноября 1888 года был освящён нижний придел во имя иконы Божией Матери «Утоли моя печали», а 22 ноября 1908 года состоялось освящение правого придела верхнего храма во имя блаженного Николая Кочанова, проведенное епископом Гдовским Кириллом. Последний придел собора, посвящённый Казанской иконе Божией Матери, был освящён в 1919 году.

Последнее освящение произошло уже после прихода большевиков к власти. При новом режиме Владимирский собор пострадал, как и многие другие храмы. 16 февраля 1931 года он был закрыт и переоборудован под склад. В 1950-е годы здание трижды взрывали, но работы прекратили из-за трещин в соседних домах. В результате взрывов были разрушены алтарь, паперть и колокольня, но здание собора в целом было сохранено. Оно пустовало, но были планы разместить в нем бассейн или конюшни.

В 1990 году собор был возвращён Русской православной церкви. Были проведены консервационные работы, а службы проходили во временной церкви Всех святых. Только в 1999 году начались службы в нижнем храме иконы Божией Матери «Утоли моя печали».

В 2000-2001 годах была перебрана кирпичная кладка, произведена расчистка и штукатурка фасадов, восстановлены купола из оцинкованной стали. Позже были воссозданы орнаменты на потолке и стенах храма, отреставрированы семь фигурных композиций. Таким образом, в наше время собор практически полностью восстановлен в своем прежнем облике, за исключением некоторых деталей, утраченных со временем.