Первое упоминание храма в Вышнем Волочке относится к 1516-1517 гг. Австрийский дипломат Сигизмунд Герберштейн, выехав в конце 1516 г. ко двору Московского государя, в апреле 1517 г. прибыл «в Хотилово, ниже которого переправились через двери реки – Шлину и Цну в том месте, где они сливаются и впадают в реку Мсту, и 11 апреля достигли Вышнего Волочка; там в день Пасхи 12 апреля мы отдохнули. Я был с ними в церкви. Они ели там свои освященные куличи стоя после службы». Наименования храма Герберштейн не указывает, однако, уместно предположить, что храм был посвящен Святителю Николаю, как и сам Никольский на Вышнем Волочке погост у Цны.
В Писцовой книге Бежецкой пятины за 1545 г. Вышневолоцкий Никольский у Цны погост не упоминается, указываются лишь отдельные селения, говорящие о его существовании. Зато упомянуто, что «стал монастырек ново» с храмом Покрова Богородицы у начала древнего Волока в Никольском Вышневолоцком погосте у Столпа – это соседний погост, свидетельствующий о важности торгового пути через Вышний Волочёк. Два Никольских Вышневолоцких погоста у Столпа и у Цны, в начале и в конце волока – важные административные и церковные центры. В том же году при составлении «Разрядного и разметного списка о сборе с Новгорода и Новгородских Пятин ратных людей и пороха, по случаю похода Казанского» упомянуты «ряд Вышней Волочёк, на рецы на Стне, тяглых 62 двора…, а церковных не тяглых 1 двор попов, а иные дворы причту церковного 12 дворов».
Впервые поимённое перечисление храмов в погосте мы встречаем в «Приходной книге Новгородского дома святой Софии» за 1576/77 гг. В ней значатся «церковь Николы с Вышнего Волочка» и «церковь Дмитрия Селунского в Вышнем Волочке на рядке на реке Цне». Через несколько лет при составлении «Писцовой книги Бежецкой пятины» за 1582/83 гг. указывались всё те же в погосте на Вышнем Волочке на реке на Лсне храмы: «В Никольском погосте рядок. А в нем церковь Николая Чюдотворца древяная вверх, да теплая церковь Дмитрей Селунский. А в церкви образы, и свечи, и книги, и ризы, и все церковное строение рядович и посацких людей». Тогда же поименно перечисляются и первые известные церковнослужители: поп Иван Федотов, дьячок Ондрюша Олексеев, пономарь Омельян Иванов, другой пономарь Фока, проскурница Настасья». Земли причта располагались в Вышневолоцком и Коломенском погостах Бежецкой и Деревской пятин, а так же «у Николы ж Чудотворца на реке на Лсне против Николы Островок промеж заводей, дан к Николе Чюдотворцу на темьян да на ладан, а пристают к нему суды». Так же причт погоста имел в торговом рядке свои лавки.
В Смутное время земли Никольского погоста так же не обошли отряды польско-литовских интервентов. В Писцовых книгах 1626/1627 гг. содержится упоминание «в Никольском погосте на Вышнем Волочке» пустошь Заключье «пашни перелогом поросли». И такая ситуация наблюдалась по всем окрестным землям. В Писцовых книгах 1645-1647 гг. указан «Погост Никольский на Вышнем Волочку. На погосте церковь Николы Чюдотворца. На погосте на церковной земле: двор поп Иван Терентьев, двор дьячок Юшка Емельянов с сыном Федькою, Федька четырёх лет, да просвирница Овдотьица Иванова, а живет на емской земле, двор понамарь Ортюшка Кузмин прозвище Хлыснев, живет на посадцкой земле». Указаны и местные помещики – Кузьма Иванов сын Имогоров в «деревне Кошарове», Юрий Иванов сын Заворов «в Селище» и Сергей Ефтифеев сын Заворов «в Бозлеянино».
В 1657 г., когда Вышний Волочёк перешел в ведение Иверского Валдайского монастыря, вышеупомянутый священник Иван Терентьев овдовел. Новгородский митрополит Макарий 11 сентября 1657 г. писал по этому поводу архимандриту Дионисию: «вашея монастырския вотчины Вышнего Волочку николский поп Иван Терентиев овдовел, и крестьяном де вскоре иного попа к той церкви выбрати негде… И мы того вдового попа Ивана пожаловали, велели ему патрахель держати, нынешняго 166 году, сентября с 2-го по Рождество Христово нынешняго ж 166 году, а после Рождества Христова тому попу Ивану патрахели держать не велели». Отсюда следует, что священник Иоанн Терентьев после Рождества должен быль быть пострижен в монахи, продолжать служение на приходе он больше не имел права.
Через несколько лет, в 1661 г. Августин Мейерберг сделает первое изображение Вышнего Волочка, а вместе с ним и Никольского храма и путевого дворца патриарха Никона.
В 1730 г. поп Вышневолоцкого погоста Платон Михайлов укрывал девятнадцать раскольников с их семьями и показывал их «детьми своими духовными». В итоге, по жалобе второго вышневолоцкого попа Фёдора Никитина и священник Платон и его «раскольники» были преданы суду и жестокому наказанию.
Еще в 1723 г. вышневолоцкие ямщики отличились при перенесении мощей св. Александра Невского из Владимира в Петербург, а через год, в 1724 г. в Вышнем Волочке случился пожар и две существовавшие деревянные церкви сгорели. Вышневолоцкие ямщики показывали в допросе: «А после того построена ими ямщиками была вместо оных холодная церковь во имя Казанские Пресвятыя Богородицы с двумя приделами в то же именование». Этот храм сгорел в пожаре 6 августа 1742 г. В том же году вышневолоцкие ямщики вознамерились построить новый храм на месте сгоревшего Казанского, но средств не хватило, к тому же 2 июня 1742 г. ямщики подали прошение построить «на Отмойном Острову вновь церковь Богоявления Господня с приделом Архангела Михаила». Пожар ускорил строительство Богоявленского храма. Запланировали строить и каменный в честь Казанской иконы Божией Матери. Участие в планировании принял и М.И. Сердюков: «понеже и дворянин Сердюков объявил, что вместо оной сгоревшей церкви Казанские Пресвятые Богородицы с приделами Николая Чудотворца и великомученика Димитрия церковь строиться будет в тех именованиях каменная с богадельней ево Сердюкова коштом». К 1749 г. поставили временную деревянную часовню на месте будущего строительства, намерение возвести каменный Казанский храм пришлось отложить.
Из документов Новгородского архива мы узнаём о том, что это время у прихода были и другие проблемы. В 1749 г. управитель Вышневолоцкого яма Михаил Аракчеев заявил, что «поповый староста» Бежецкой пятины Михаил Васильев и строитель Столпенской пустыни иеромонах Корнилий не дали для служения в «высокоторжественные дни» в вышневолоцкую церковь священников. Жалоба Аракчеева касалась служения на 21 и 25 апреля в дни рождения супруги «Его императорского Высочества Благоверныя Государыни Великия Княгини Екатерины Алексеевны и коронования Ея Императорскаго Величества». Церковь осталась без служения литургии и даже без молебного пения. Аракчеев просил на эти дни откомандировать в Вышний Волочёк попа Корнилия, но «поповый староста» отказал за неимением священника.
Следующая тяжба – это земельный спор между священниками погоста и вышневолоцкими ямщиками, который продлился почти десятилетие. Начавшись в 1742 г., он вовлёк помимо Ямской канцелярии и Новгородской епархии, ещё и Синод и Сенат. Дело касалось новой нарезки земли, вызванной расширением площади вокруг будущего Казанского храма. В дело оказался втянут и М.И. Сердюков, т.к. его реконструкция водной системы так же коснулась церковных земель.
Михаил Сердюков стал самым известным из вышневолоцких «староверов». Его и его жену штрафовали за «небытие у исповеди и причастия», самого Сердюкова сажали в застенки Святейшего Синода и под сводами Петропавловского собора в одноимённой крепости в Санкт-Петербурге он зачитывал своё признание и отречение. За год до описываемых выше событий со сносом построек священнослужителей, Михаил Иванович Сердюков делает в Вышневолоцкий Николаевский погост вклад – набор для евхаристии из серебра с покрытием позолотой и с «изображениями на финифти», а так же «грецкую губку», которая предназначалась для сбора с антиминса мельчайших частиц после совершения на нём литургии.
Приведём описание чаши для причастия, которая интересна нам, не только, как пример богатого вклада, но и как пример записи на ней: «Святой потир серебряный и позолоченный с четырьмя образами на финифти греческой работы: Спасителя, Божьей Матери, крестителя Иоанна, Распятия Господня, на подножии потира в четырех круглых клеймах изображения – моление о чаше, суд Пилата и возложение терноваго венца на голову Спасителя. По нижнему краю надпись: «Поминать о здравии Михаила, Анны, Елены, Михаила, Марии, 1748 г. апреля в день».
Стоит пояснить имена, которые просит поминать о здравии Михаил Сердюков. Михаил – сам вкладчик Михаил Иванович Сердюков, Анна – супруга сына Ивана Михайловича – Анна Акинфиевна Демидова, Михаил – внук М.И. Сердюкова и полный тёзка, родившийся в 1747 г. Загадкой остаётся Мария, т.к. все имена Марий в роду Сердюковых, упомянутые Е.М. Либерман, появились уже после 1748 г.
По указу Сената 1742 г. в противопожарных целях на расстоянии до 30 саженей от сгоревшей церкви запрещено было сооружение жилых и торговых построек. Так было положено начало будущей Соборной площади – старейшей площади Вышнего Волочка.
Официальное начало строительства было дано в 1759 г. «Храм сей, с благословения Преосвященнаго Димитрия Архиепископа Новгородскаго и Великих Лук, начат строением в 1759 г. и освящен с приделами в нем в 1771 г.», - писал священник Арсений Покровский.
24 января 1744 г. указ о построении церкви в Хотиловском яму последовал от Императрицы Елизаветы Петровны. Занимался заготовкой материала всё тот же Михаил Сердюков со своим сыном Иваном. Видя промедление в присылке грамотных мастеров в Хотилово для поиска хорошей глины и строительства кирпичных заводов, Сердюков предложил и даже сделал на своих заводах кирпич для нового храма: «Однако ж я не хотя того упустить, что сего лета кирпича делать не начал, то на своих готовых кирпичных заводах, готовым струментом и готовыми же дровами подрядил я кирпичников двадцати четырем человек зделать и обжечь двести пятьдесят тысяч кирпича весом каждой по четырнадцати фунтов, которой на месте ценою встанет не более рубля тридцати копеек тысеча». Кирпич не потребовался и Сердюков, очевидно, пожертвовал его на строительство Казанского храма в Вышнем Волочке.
Автором проекта собора стал, по мнению искусствоведа Г.К. Смирнова, Савва Иванович Чевакинский – сосед Михаила Сердюкова по Английской набережной в Санкт-Петербурге и один из самых известных архитекторов своего времени. Основные работы по возведению храма пришлись на первую половину 1760-х гг. В 1766 г. храм значится на плане Вышнего Волочка, как «новопостроенный».
В книгах Вышневолоцкого Николаевского погоста за 1754 г. сохранилось указание на дату смерти «коллежскаго советника Михаила Ивановича Сердюкова 80 лет». Случилось это 4 декабря. Запись о смерти под номером 24 занёс «Вышневолоцкаго Николаевскаго погоста церкви Богоявления Господня поп Леонтий Захарьев». Согласно этому документу М.И. Сердюков был похоронен на Вышневолоцком погосте.
На десять лет пережила Михаила Ивановича его супруга Анна Филипповна. Умерла она 2 марта 1764 г. Запись о её смерти оставили священники Иоанн Петров, Пётр Дмитриев, Стефан Андреев – «коллежскаго советника Михаила Сердюкова жена ево вдова Анна Филиппова». Видимо, она нашла место своего упокоения там же, у строящейся Казанской каменной церкви.
Из записей того времени известно, что в домах, принадлежавших семье Сердюковых жили иконописцы, занимавшиеся созданием икон для иконостаса. Документы Новгородского архива сохранили до наших дней некоторые подробности финансовых трат церквей Бежецкой пятины Тверской половины за 1768 г. В них указаны траты на построение Казанского каменного храма, из которых видно, что основные работы по кладке стен окончены, а идут работы по отделке храма: «В отдаче за расплату материалом и людем за резьбу иконостаса и иконописцам находящимся в усмотрении новой каменной церкви рачителю вышневолоцкому ямщику Семену Михайлову 200 р.». Так же есть статья расхода «на покупку железным материалом и угля 2 р. 99 коп.».
Вышневолоцкий Николаевский погост по своим доходам, да и по расходам тоже далеко обгонял прочие храмы Тверской половины Бежецкой пятины. За 1768 г. расход погоста составил 621 р. 72 коп., а остаток 43 р. 65 ½ копейки, при чём львиную долю денег приносила продажа свеч и сбор пожертвований в часовне у чудотворной Казанской иконы Божией Матери на большой Петербурго-Московской дороге. Очевидно, что эти сборы по большей части помогали строить Казанский храм – сборная книга дала в 1767 г., например, меньше десятой части часовенного дохода. Кстати, часовен в окрестностях Вышнего Волочка на карте, составленной Иваном Михайловичем Сердюковым, значится две. Одна уже известная нам, на святом источнике, и другая – близ д. Шишково. Увеличивающееся с каждым годом население Вышневолоцкого яма и Вышневолоцкого погоста так же способствовало скорейшему построению храма. Так в 1771 г. значилось «в оном Вышневолоцком погосте при той новопостроенной церкви приходских дворов четыреста один, в них мужеска пола тысяча девятьсот четыре души, пашенной земли состоят за ними священнослужителями во владении по отдаче издревле ямских охотников сем четвертей в полу дву по тому ж, сенных покосов семдесят копен».
Освятить новый каменный храм решено было в престольный праздник Казанской иконы Божией Матери. 19 июня 1771 г. из Новгородской консистории было получено доношение Святейшему Правительствующему Синоду, в котором указано, что на «построение в помянутом Ея Императорскаго Величества высочайшему указу пожаловано тысяща рублей». Деньги на строительство собора пожаловала императрица Елизавета. 20 июня 1771 г. Святейший Синод благословил «означенную построенную в Вышневолоцком яму вновь каменную Казанскую с приделами святителя Николая и великомученика Димитрия Селунскаго церковь, выдав во оныя новыя освященныя антиминсы, по церковному чиноположению освятить дозволить». 25 июня 1771 г. указ был получен в Великом Новгороде и отправлен в Вышний Волочёк. 8 июля состоялось освящение Казанского храма.
В страховых описях 1910 г. Казанский собор описывался, как «каменный на гранитном цоколе с подвальным этажом, снаружи отштукатурен и выбелен, а внутри стены и своды так же отштукатурены, окрашены краскою и отделаны орнаментами и картинами в числе 95 штук, внутри собор имеет 8 колонн с вызолоченными карнизами на них… Иконостас во всю длину собора резной вызолоченный. Собор не отапливается, т.к. службы в нем отправляются только в летнее время». При соборе имелась колокольня «каменная в 3 яруса, длиною и шириною по 4 сажени, общею высотою до верха карниза 11 сажень (23 м. 43 см. не считая шпиля!), на гранитном цоколе, снаружи и внутри отштукатурена и выбелена, укрыта железом, в нижнем ярусе устроено помещение с венецианским окном…, на верху колокольни вделаны башенные часы с циферблатом на 4 стороны. Лестница на колокольню каменная». Колокольню спроектировал архитектор Ф.Ф. Штенгель вместе с Гостиным двором в 1783 г. Осуществлять его начали в 1787 г. по сметам новгородского архитектора В.С. Поливанова. Колокольня возводилась вместе с Северным корпусом Гостиного двора под наблюдением И.М. Телятникова осташковскими мастерами Ф.И. Карповым и К.П. Карповым. Отделка колокольни продолжалась до 1791 г. В 1799 г. для колокольни тульским мещанином Д.В. Савостиным выполнены часы. Нам колокольню собора в разное время подняты колокола весом 491 пуд 5 фунтов, 123 пуда 30 фунтов, 87 пудов 5 фунтов. Но особо выделялся колокол, отлитый в Вышнем Волочке в 1798 г. весом 37 пудов. Известно, что Вышнем Волочке отливались поддужные колокольчики мастером Василием Воробьёвым в 1837 г., но получается, что раньше отливали и большие колокола.
Вплоть до 1772 г. Казанский собор оставался лишь храмом Вышневолоцкого Николаевского погоста. Но после 1 июля 1772 г. храм становится собором новоучрежденного города. В 1782 г. при соборе значатся протоиерей Иаков Петров, священники Василий Стефанов и Пётр Алексиев, диаконы Иван Васильев и Яким Иванов, дьячки Платон Семенов, Иван Михайлов и Яков Платонов, а так же пономари Фёдор Гаврилов, Иван Иванов и Яков Львов. Прихожанином собора был Василий Иванович Храповицкий с супругой Еленой Михайловной – дочерью М.И. Сердюкова, а так же директор Вышневолоцкой конторы князь Илья Дмитриевич Девлетгереев и его «товарищ» - заместититель Уар Михеев сын Карачинский со своими дворовыми. В приходе значились так же штатной и шлюзной команд обер-унтер-офицеры и рядовые солдаты с женами. Дворяне Свечины, Мельницкие, Гордеевы, Чеглоковы, Дубянские со своими крестьянами и жители города. Вплоть до 1809 г. в соборе существовал тёплый Богоявленский придел, разобранный с началом постройки Богоявленского тёплого собора.
В 1804-1806 гг. соорудили ограду вокруг собора и территории бывшего кладбища. В 1806 г. собор расписали. В 1808 г. в соборе служили благочинный протоиерей Василий Петров и священники Алексей Максимов и Иоанн Фёдоров, диаконы Иван Михайлов и Яков Платонов, дьячки Леонтий Платонов, Степан Фёдоров и Пётр Кондратов, пономари Яков Львов, Степан Платонов и Иван Ефимов.
В 1834 г. при соборе открыли четвертый штат священнослужителей. В течении XIX в. в собственности собора оказались две каменные лавки в ограде при колокольне. При Казанском соборе значились Тёплый Богоявленский трёхпрестольный собор (1866 г.), Казанская Загородная церковь (1852 г.), обращенная из часовни в 1880 г., три малых деревянных часовни, а так же на Богоявленском острове каменная часовня Святителя и Николая Чудотворца, построенная в 1856 г. Часовня состояла под надзором 3-го округа Министерства путей сообщения. Близ колокольни с 1866 г. существовала часовня Александра Невского.
В 1880 г. настоятелем собора был магистр богословия протоиерей Александр Иванович Яшин, священники Александр Иванович Невский и Иоанн Григорьевич Флеров, диакон Алексей Никифорович Дрызлов, псаломщики Николай Николаевич Пешехонов, Иван Васильевич Введенский и Василий Алексеевич Березин. В приходе храма состояли дома Градской части Вышнего Волочка, т.е. все улицы центральной части города.
В 1901 г. в приходе значились две приписные церкви и шесть часовен, среди которых была каменная Варламовская часовня в д. Долгих. Настоятелем храма значился протоиерей Пётр Александрович Алексеев, священники Андрей Иванович Житников, Арсений Васильевич Покровский – один из первых вышневолоцких краеведов, Николай Алексеевич Кобаров; диаконом значился Алексей Михайлович Скобников, псаломщиками Василий Алексеевич Березин, Пётр Ефимович Волков, Алексей Дмитриевич Сперанский, диакон в звании псаломщика Феодор Преображенский. Старостой храма состоял купец Василий Андреевич Китайцев.
В 1910 г. В попечении прихода были четыре городских училища: 2-е, 4-е, 7-е, 8-е, в Ямской слободе земская школа и начальная школа при Доме трудолюбия. Старостой храма состоял купец Алексей Николаевич Красильников. Священники храма оставались прежними, служили новый диакон Пётр Ефимович Волков и псаломщики Иоанн Алексеевич Зверев, Трифон Алексеевич Дашкевич и Василий Соколов. В 1915 г. взамен Соколова добавился псаломщик Иоанн Колтыпин.
В годы советской власти судьба Казанского собора оказалась печальной. В 1931 г. собор закрыли, оставив приходу лишь здание зимнего Богоявленского храма. Летом 1935 г. собор подготовили к сносу. Вместе с главным храмом города утрачены были и все сокровища его ризницы и иконописное наследие. Трагедию сноса главного храма отражают фотографии того времени. Однако, память о соборе жива в виде памятной часовни на Казанском проспекте, а так же памятной доски на здании суда и часовни-памятника на жерновах на месте паперти собора, сооруженных при участии Н.В. Бунчука, Б.Н. Кузнецова и А.Б. Пантюшкина.