На месте нынешнего собора в XVII веке стояла деревянная Троицкая церковь, в паперти которой висела икона Спаса Нерукотворного. Согласно преданию, 12 июля 1645 года, как раз в день возведения на престол царя Алексея Михайловича, перед этой иконой прозрел слепой местный житель некто Пётр Палкин. Икону отнесли в Москву крестным ходом, и сам царь внёс её в Кремль через Фрловские ворота, в честь чего главные ворота и башню переименовали в Спасскую. Икона находилась в Новоспасском монастыре, но после 1917 года бесследно исчезла. В Вятке на месте Троицкой церкви был построен Спасский собор, но после пожара 1757 года его разобрали и затем в 1764-1767 годах возвели существующий собор. Внутренняя отделка заврешилась только к 1818 году. В соборе было два этажа и шесть престолов, высота колокольни 53 метра. В 1929 году собор был закрыт, в нём размещалось общежитие пединститута, по позже научно-проектный институт. Барабан с куполом и верхняя часть колокольни были разобраны. В 1995 году собор был возвращён церкви и после этого восстановлен и отреставрирован.