Построен на фундаментах снесённого Старо-Никольского собора по проекту Шестакова Ф. М. в духе псевдо-русской эклектики.
Подряд отдали крестьянину-строителю Прокопию Михайловичу Щеглову из села Борисовское Владимирской губернии. По условиям договора, Щеглов должен был разобрать остатки сводов и столбов рухнувшего собора, затем возвести копию прежнего здания по проекту Шестакова в кирпиче, используя фрагменты старого собора. К 1849 году строительные работы были завершены.
Освящён в 1852 году собор был освящён как Петропавловский.
В 1930 году был закрыт. С 1960-х городской музей.
Объект культурного наследия народов РФ федерального значения. Рег. № 501410411640006 (ЕГРОКН).