Одна з небагатьох споруд періоду домонгольської Русі, що збереглися. Закладений приблизно у 1030—1034 роках чернігівським князем Мстиславом Володимировичем.
У плані собор є великим за давньоруськими мірками (18,25 х 27 м) тринефним храмом із шістьма стовпами та трьома апсидами. Розкопки показали, що до східних кутів були прибудовані невеликі каплиці, які не збереглися.
Фасади будівлі складені надзвичайно ошатною цегляною кладкою із прихованим рядом. Фасади також прикрашені пілястрами: на першому ярусі вони плоскі, а на другому профільовані.
Собор неодноразово зазнавав перебудов. У XVIII—XIX століттях, зокрема, були надбудовані дві вежі, після чого будівля набула свого сучасного вигляду.
