Первый походный храм лейб-гвардии Измайловского полка был освящён в июле 1733 года, вскоре после прибытия полка в Санкт-Петербург. Этот походный храм-шатёр устанавливался в летний период ближе к устью реки Фонтанка, в деревне Калинкиной, а зимой члены полка молились в приходских храмах. С течением времени полк перемещался, а в 1742 году храм был перенесён в деревянную казарму, где также проходили богослужения.
После очередного переноса, храм был заново освящён в ноябре 1813 года и получил новый иконостас, что стало важным событием для офицеров полка и местных участников. Этот процесс сопровожден богатой историей и культурными аспектами, фактически связывающими полк и его веру.
В июле 1754 года была заложена новая деревянная пятиглавая церковь, которая была освящена в июне 1756 года. Образцом для её строительства послужила церковь в имении духовника императрицы Елизаветы Петровны, протоиерея Дубянского Керстово. Образа для храма были написаны известным художником М. Л. Колокольниковым. Внутри церкви находились золочёные серебряные сосуды, подаренные императрицей, а также покровцы, вышитые ею, что придавало храму дополнительную значимость.
Богослужения в новой церкви проходили только в летний период, поскольку храм был холодным и не подходил для зимних служб. В это время службы проводились в специальном храме, устроенном в казармах. Однако храм серьезно пострадал во время наводнения в 1824 году, когда вода в нём стояла на высоте более 2 метров.
После наводнения неблагополучное состояние деревянного храма вынудило власти обратиться к архитектору Стасову с просьбой разработать проект нового каменного храма. При этом было решено, что образцом для нового здания должна остаться старая деревянная церковь.
Закладка нового храма состоялась 25 мая 1828 года и была совершена митрополитом Серафимом. На торжественном событии присутствовали императрица Мария Фёдоровна и цесаревич Александр Николаевич, что подчеркивало важность этого события для российской культуры и религии. Строительство нового собора финансировалось за счет личных средств императора Николая I и казённых денег.
В соборе 27 февраля 1867 года состоялось венчание известного писателя Ф. М. Достоевского с А. Г. Сниткиной, а 18 ноября 1894 года прошла панихида по А. Г. Рубинштейну, что также подчеркивает значимость этого храма как духовного центра.
К сожалению, собор был закрыт 22 апреля 1938 года, и планировался его снос или перестройка в городской крематорий. Во время Великой Отечественной войны здание храма также пострадало. В 1952—1953 и 1966—1967 годах проводилась реставрация внешнего вида здания, которое в это время использовалось как склад.
Храм был возвращён Русской православной церкви в 1990 году, что стало знаковым событием для местных прихожан и для русской православной общины, восстановившей свою связь с историей и культурным наследием. Храм лейб-гвардии Измайловского полка, несмотря на все испытания и изменения, продолжает оставаться важной частью истории Санкт-Петербурга и символом веры и служения.