В 1766 г. в восточном форштадте "Полуденка" крепости Димитрия Ростовского во имя Рождества Богородицы соорудили деревянную церковь. В 1778 г. ее замени­ли новой. В 1779 г. "Полуденку" заняли переселившиеся из Кры­ма армяне, прежних жителей переселили в западный форштадт ростовской крепости. Сюда же перенесли и полуденовскую церковь, освящение которой состоя­лось 5 сентября 1781 г. В 1791 г. от удара молнии храм сгорел.

В 1795 г. на площади Старого базара были построен из камня новая церковь во имя Рождества Пресвятой Богородицы, а в углу церковной  ограды "теплая" каменная церковь во имя Трех Святи­телей.

В 1822 г. Синод переводит церковь Рождества Пресвятой Бого­родицы в ранг "Соборной". Официальное освящение состоялось 20 апреля 1822 года. К этому времени вместимость собора стано­вится малой и ростовчане решают построить новый. Два ростовских купца Семен Кошкин и Федор Нефедов, с согласия Городской думы и по благословению Правящего Архиерея, обратились в начале 1854 года в Святейший Синод с просьбой разрешить строительство большого кафедрального собора за их личный счет. Просили они также предоставить и соответствующий архитектурный проект будущего главного храма города.

Ответ с разрешением пришел из Синода очень быстро, и к нему прилагался проект, означенный как типовой для строительства православных храмов с учетом нового времени. Автором проекта был академик архитектуры К.А.Тон.

Ростовчанам предписывалось возводить храм "без малейшего отступления от проекта, под надзором опытного архитектора за пра­вильностью и точностью постройки".

В 1854 г. началось сооружение собора. В 1860 г. строительство храма было завершено во всем согласно проекта, кроме позолоты куполов. На нее не хватило средств. Синод временно разрешил покрасить купола яр-медянкой. В 1860 г. состоялось освящение храма. Собор выделялся своими размерами и величественностью.

В плане он представлял собой равноконечный крест. Двухсветный четверик храма, увенчанный пятиглавием с доминирующим цент­ральным барабаном, завершался шлемовидной главой. Входы в храм выделены порталами, завершенными килевидными кокошниками. Декоративное оформление собора отражает его внутреннюю струк­туру. Основной ярус подчеркнут сложнопрофилированной тягой, а нижний - тягой, переходящей над оконными проемами и нишами в архивольты. Центральный барабан прорезан 12 полуциркульными оконными проемами, оформленными полуколонками дорического ордера, завершенными антаблементом. Аналогично решены восьми­гранные барабаны четырех малых глав. Оконные проемы и ниши основного объема обрамлены килевидными кокошниками. Стены собора оштукатурены и побелены. Главы были покрыты листовым железом и окрашены в зеленый цвет, кресты и подкрестные яблоки - позолочены. Вход в храм осуществлялся с южного, северного и западного фасадов. Полуциркульные дверные проемы имели кова­ные полотна.

Внутреннее пространство собора формируют четыре пилона не­сущие барабан и купол. Стены оштукатурены и покрыты росписями на библейские и евангельские сюжеты. Трехъярусные иконостасы выполнены в виде часовен, увенчанных шатрами с главкой и крестом.

Здание старой "теплой" церкви разобрали и на ее месте реши­ли построить храм-колокольню. Средства на ее сооружение дал ростовский коммерсант П.Р. Максимов. Проект колокольни был составлен областным войсковым архи­тектором Антоном Кампиони. В нижнем ярусе постройки размещалась теплая (дежурная) цер­ковь во имя "Святого и чудотворца Николая". Второй и третий ярусы предназначались для звонницы.

28 апреля 1875 г. соборная администрация пригласила архитек­тора Д.В. Лебедева для разбивки фундамента и 29 июня 1875 г. состоялась торжественная закладка фундаментов колокольни. Ну­левой цикл был закончен к 30 октября 1875 г., а затем решили приостановить строительство на три года для полной осадки выст­роенного фундамента. 30 октября 1878 г. специальная комиссия нашла возможным с весны 1879 г. продолжить строительство. 10 апреля 1879 г. были приглашены за наблюдением над работами архитекторы Кампиони и Волков. 27 сентября 1887 г. датируется "Акт свидетельства" на окончание строительства, в котором указы­валось: "... постройка эта произведена во всем согласно с утверж­денным проектом и надлежащей прочностью и с употреблением материалов должного качества..." 22 октября 1887 г., в день Казан­ской Божией Матери "при многочисленном стечении народа, в 8 часов утра перед Литургиею состоялось освящение новой каменной колокольни и в тот же день состоялось поднятие главного колоко­ла весом в 1032 пуда (16,5 тонны). Прочие колокола подняли на колокольню ранее - 15-17 октября 1887 г. Большая часть из них была подарена храму ростовским купцом Панченко".

В день освящения состоялась и установка часов, пожертвован­ных собору городом. Стоимость строительства колокольни соста­вила 127615 руб. 20 коп.

Перед собором, с ее северной стороны располагалась просторная площадь, на которой проходили городские праздники, парады, народные гуляния. Посреди площади был установлен памятник императору Александру II.

После революции собор вместе с колокольней был обнесен кирпичной оградой, причем, были разобраны мраморные паперти, единственный вход в собор был разрешен с западной стороны.

С 1932 по 1942 годы кафедральный собор вообще был закрыт, кресты с куполов сняты, иконостас и все внутреннее убранство было утрачено. Внутри храма устроили склад зерна, на подворье разместили зверинец. Очевидцы рассказывали, что клетку с львицей-роженицей поставили в храм, чтобы она своим ревом не пугала народ, а она еще больше стала реветь и металась по клетке до тех пор, пока ее не вынесли на подворье.

В 1942 г. из-за боязни "демаскировки" были снесены два верх­них яруса колокольни.

В конце июля 1942 года верующие люди сами открыли собор.

В 1948-50 г. архитектор Л.Ф. Эберг разработал проект ее вос­становления в измененном объеме (без ранее существовавшего тре­тьего яруса), но этот проект не был осуществлен.

В начале 1951 года был установлен главный четырехъярусный иконостас, выполненный в Москве по проекту иконостаса Храма Христа Спасителя. Он был необычной формы - в виде часовни, увенчанной главкой с крестом. В 1955 году такие же иконостасы были сооружены в правом - Петро-Павловском и левом - Преображенском приделах. Росписи стен, пилонов и сводов были выполнены художником К. Волковым.

Новая страница истории Ростовского кафедрального собора начинается в конце 80-х годов. К 1000-летию Крещения Руси пять его куполов были покрыты медью и позолочены, а над ними воссияли позолоченные кресты.

К 1999 году по проекту архитектора Ю.Н.Солнышкина была полностью восстановлена колокольня. Ее освятил во время визита в епархию Святейший Патриарх Московский и всея Руси Алексий Второй.