Это самый древний храм на территории Нижегородского кремля.
Первый деревянный храм в честь Михаила Архангела, считавшегося покровителем русского воинства, был заложен одновременно с основанием Нижнего Новгорода, в 1221 году.
В 1227 году его уже стали перестраивать в камне. Вероятно, здесь трудились те же самые мастера-каменщики, что возводили церкви Суздаля, Владимира, Юрьева-Польского.
Впоследствии, обветшавший более чем за сто лет четырехстолпный каменный храм 13 века был опять заменён на новый. Произошло это в середине 14 века. Новый Михайловский храм стал Усыпальницей местных правящих князей и их домовой церковью, т.к её нахождение на территории Нижегородского Кремля было очень удобным.
После установления династии Романовых, к Нижнему Новгороду и к данной церкви было повышенное внимание властей, которое было данью благодарности за вклад города в освобождение страны.
Патриархом Филаретом, отцом правящего Михаила Романова, осуществлялась личная помощь городу. И именно он поспособствовал решению о возведении нового Архангело-Михайловского храма взамен прежнего в память о славном подвиге Нижегородского ополчения.
Строительство ныне существующего здания Михайло-Архангельского собора – каменного одноглавого шатрового храма с пристроенной звонницей – было осуществлено под руководством патриарших зодчих Лаврентия Возоулина и его пасынка Антипы в 1628 – 1631 годах.
В 1928 году храм был закрыт и передан архиву. Можно сказать, что ему повезло. Стоявший неподалеку Спасо-Преображенский собор взорвали и на его месте построили Дом Советов.
До взрыва в Спасо-Преображенском соборе находилась могила Кузьмы Минина. После передачи уцелевшего собора музею-заповеднику появилась возможность его отреставрировать. В 1962 году, к 350-летию народного ополчения 1612 г., после реставрации здания, останки Минина были перезахоронены в Михайло-Архангельском соборе.
До 2000 года, когда здание было окончательно возвращено верующим, в соборе находился филиал исторического музея.
В наши дни собор является действующим православным храмом.