После наводнения 1824 года архитектору Василию Стасову было предложено разработать проект нового каменного храма для Лейб-гвардии Измайловского полка, входившего в 1-ю Гвардейскую дивизию. При этом образцом должна была оставаться старая деревянная полковая церковь.
Закладку нового храма совершил 25 мая 1828 года митрополит Серафим (Глаголевский). На торжестве присутствовали императрица Мария Фёдоровна и цесаревич Александр Николаевич. Храм построен в стиле ампир. Через четыре года строительства здание было вчерне готово и началась внутренняя отделка. В процессе строительства приходилось восстанавливать сорванный 7 марта 1834 года бурей купол и переписывать некоторые образа.
В 1836 году в стены собора были вмонтированы белые мраморные доски с именами офицеров полка, погибших в сражениях при Аустерлице, Фридланде, Бородине и Кульме. В витринах хранились ключи от крепостей Карса, Баязета, Лемотика, Никополя, Адрианополя и других городов, а также мундиры августейших шефов.
В соборе 27 февраля 1867 года состоялось венчание Фёдора Достоевского с Анной Сниткиной, а 18 ноября 1894 года — отпевание Антона Рубинштейна.
