Собор выстроен в 1670-х гг. при митрополите Павле II. Заложен, видимо, летом 1672г. в честь рождения у царя Алексея Михайловича наследника Петра, нижняя церковь была посвящена апостолам Петру и Павлу. Храм был освящен при наследнике Павла II - Варсанофии, который был погребен здесь в 1688г. В 1963-1694гг. храм соединили переходом с дворцом митрополита. Облик собора характерен для своего времени: традиционна продольно-осевая симметрия плана, четверик храма завершен поясом кокошников и увенчан пятиглавием с центральной световой главкой. С востока к четверику примыкают ступенчато расположенные апсиды верхней и нижней церквей, с запада - двухэтажный притвор, с севера и юга четверик с притвором объединяют галереи. Два боковых крыльца симметрично размещены по сторонам притвора, западное крыльцо (не сохранилось) примыкало к притвору по оси здания. Особую выразительность композиции придает колокольня с двумя рядами слухов в гранях шатра, построенная одновременно с храмом над его южным всходом. Внешнее убранство собора и колокольни выполнено из профильного кирпича и белого камня. Поздние переделки храма (1780-х гг. и 1826г.) были устранены при реставрационных работах, восстановлены часть северной галереи и северное крыльцо.