Воскресенская военная церковь, ставшая собором в 1895 году, была возведена в 1769-1773 годах. Архитектура здания сочетает в себе переходные формы от барокко к классицизму и элементы допетровской архитектуры. Проект разработал инженер Омской крепости Ларс Мальм, а строительство осуществляли братья Козьма и Иван Черепановы из Тобольска, не имевшие специального образования.

Храм, выполненный в продольно-осевой композиции, напоминает Петропавловский собор в Санкт-Петербурге, который часто копировали в провинциальных городах, например, в Ярославле. Основной объем здания был продолговатым и двусветным, с пятигранной формой. Средние части боковых фасадов украшали фронтоны с ложными луковичными главками, по три на каждом. С западной стороны к храму примыкала трехъярусная колокольня с восьмигранным ярусом звона, увенчанная шатром и главкой.

Всего у храма было семь глав. Внутреннее пространство представляло собой зал с хорами на западе. Шатровый верх колокольни и луковичные главки, вероятно, были добавлены Черепановыми как отголоски древнерусской архитектуры.

В XIX веке в храме молился Ф.М. Достоевский вместе с другими каторжанами, что он упоминал в своих воспоминаниях.

27 октября 1928 года Окрисполком утвердил решение Горсовета о передаче собора военному ведомству для создания клуба, несмотря на протесты Музея. В конце 1929 года в здании была организована выставка к 10-летию освобождения города от армии А.В. Колчака. В последние годы существования здание использовали как склад картографической фабрики.

Храм был снесен в конце 1950-х годов при строительстве дома на улице Спартаковской. Часть имущества, включая библиотеку, передали в краевой музей, но судьба иконостаса и икон оказалась трагичной.