Этот памятник архитектуры в целом формировался с 1791 по 1842 год. В соответствии с традиционной схемой он имеет три составные части: собственно церковь, трапезную и колокольню. Все части эти строились в разное время, а именно: сначала была заложена церковь, затем колокольня и, наконец, спустя почти полвека, выстроена трапезная. Такое развитие плана и объема церквей во времени было принято на Руси с давних пор. Однако в данном случае достойно удивления, единство архитектурно-планировочного решения, гармония отдельных частей и совершенство общей композиции, которые достигались на протяжении такого длительного периода строительства здания.
Собственно церковь собора была заложена в 1791 году, возможно её строителем был Томазо Адамини. В 1803 году один из пожаров уничтожил все деревянные части строящегося собора. Восстановлена церковь в 1804 году.
Следующим этапом развития собора было строительство колокольни - инженерного сооружения, которое теперь, спустя более полутора столетий после его возведения, без всякой натяжки считается высотным. От основания до верха колокольня имеет 52 метра, а вместе со шпилем - 60 метров.
Дата начала и окончания строительства колокольни нам неизвестна. Год начала строительства косвенно устанавливается по разрешению епископа Тамбовского и Шацкого 30 января 1822 года выдать сроком на три года "соборную шнуро-запечатанную книгу для собрания доброхотного даяния" на возведение этой колокольни. Что касается окончания, то на плане города Липецка, составленном в 1833 году, рядом с собором, на одной оси с ним, в некотором отдалении, уже нанесена колокольня, а в пояснении сказано: "Соборная церковь... с недостроенною при оной каменною колокольнею".
Наконец, третьим этапом строительства собора явилось сооружение трапезной - пониженной части, соединяющей уже существующие церковь и колокольню. Комиссия проектов и смет, препровождая в совет рассмотренный ею проект трапезной в декабре 1839 года, пишет: "Комиссия находит, что как трапезу сию предположено устроить между существующими церковью и колокольней, не изменяя вида сих последних, то проект оной, как приноровленный к стилю церкви и колокольни, Комиссиею допущен быть может". Завершено строительство трапезной в 1842 году. Размещение колокольни на расстоянии, равном длине будущей трапезной, по одной оси с ней не оставляет никакого сомнения в том, что собор строился по единому, заранее продуманному плану, в который последующие поколения вносили в начале строительства каждой "очереди" свои архитектурно-планировочные коррективы.
Памятник архитектуры - собор - представляет собой незаурядное сооружение, типичное для России начала XIX века. Целостность архитектурного оформления всего сооружения, сдержанность, простота и лаконичность и в то же время "сочность" архитектурных форм, ясность композиции - вот что делает ценным для нас этот памятник.
