Собор был построен в 1830-1836 годах. Идея строительства такого важного объекта поклонения принадлежала митрополиту Гавриилу Бэнулеску-Бодони. Но первый камень был заложен только через 9 лет после его смерти.
Архитектор Авраам Мельников, выбранный по конкурсу, использовал для здания поздний неоклассический стиль (эмпирический стиль), с использованием древнегреческих форм для колонн.
Он имеет симметричную композицию, в плане представляя собой квадрат со стороной 27 м, за счет присоединения к кубическому корпусу четырех портиков с шестью дорическими колоннами каждый, в результате чего получается крестообразный план с одинаково оформленными фасадами. Он был построен из камня и кирпича, с тремя алтарями — одним главным — Рождества Господня, и двумя боковыми — тот, что слева, посвящен Святому Иоанну Новому, а тот, что справа — Святому Николаю Мученику (нынешние названия).
Первая радиостанция в Кишинёве, «Радио Бассарабия», была официально открыта 8 октября 1939 года трансляцией литургии из кафедрального собора Митрополии.
Собор пострадал во время землетрясения 1940 года, а также во время Второй мировой войны, при этом шпиль, купол и интерьер были перестроены в 1956 году уже с отклонениями от первоначальных форм. Во времена СССР он использовался как выставочный зал.
Повторное открытие в новом формате состоялось 25 августа 1996 года с освящением Соборного креста.

Первоначальная Колокольня была построена одновременно с собором. Она был расположена в 40 м от него, симметрично собору и относительно геометрического центра соборного квартала. Она имела четыре уровня, три призматических, с последовательно отступающими сторонами, и четвертый в виде плоской круглой колокольни для звонницы, накрытой куполом. На первом уровне находилась часовня, вход в которую был через портик с двумя колоннами на южной стороне.
К сожалению, колокольня была снесена в начале 1960-х годов и построена заново в 1998 году в соответствии со старыми изображениями.

Триумфальная Арка. Здесь история возведения «Святых Ворот» более любопытна — по первому проекту они вообще не были запланированы. Затем, когда была возведена колокольня, выяснилось, что самый большой колокол не помещается установить через узкие окна.  Гигантский колокол, отлитый из турецких пушек, весил примерно 400 пудов (около 6,5 т).
Для размещения большого колокола было принято решение о строительстве Триумфальной Арки, расположенной у входа на площадь со стороны Митрополии (до наших дней она не сохранилась — была разрушена в годы Второй Мировой Войны).
Конечно, официально было указано, что Арка воздвигнута в честь победы русских войск над османами.
Первые арочные часы появились уже в 1842 году. Они были привезены из Одессы, но в 1849 году сильный ураган сорвал циферблат, но его механизм продолжал работать вплоть до 1881 года. Новый механизм был приобретен в Австрии. Часы работали без ремонта, пока Арка не попала под бомбардировку  в 1941 году.
В 1945 году на стенах были установлены мемориальные доски с именами бойцов советской армии и граждан, воевавших на территории Молдовы во Второй Мировой Войне и удостоенных звания «Герой Советского Союза». Мемориальные доски были сняты в 1991 году, после обретения независимости.
С момента своего возведения Триумфальная Арка носила несколько названий — её также называли  при советской власти — Арка Победы.