В 1817 году знаменитая на всю Россию Макарьевская ярмарка была переведена в Нижний Новгород. В том же году на левом берегу Оки развернулось строительство основных ярмарочных сооружений. Проект ярмарки был разработан главным инженером России, испанцем Августином Бетанкуром. К строительству собора, место которому определили за главным ярмарочным домом, он привлёк своего ученика Огюста Монферрана. Строительство собора было завершено в 1822 году. Здание напоминает Исаакиевский собор в Санкт-Петербурге, что неудивительно – оба спроектировал один архитектор. Фасады собора оформлены портиками тосканского ордера и полуколоннами, пять куполов обрамлены прорезными окнами, украшенными полуколоннами ионического ордера. В целом строение выдержано в стиле позднего классицизма. Декоративная лепнина, полуколонны коринфского ордера и религиозная живопись украшают внутреннее убранство собора. В оформлении интерьеров принимал участие академик Александр Васильевич Ступин с группой своих учеников из арзамасской школы живописи. Так как ярмарка функционировала всего один месяц в году, причт и сам храм из соображений экономии были приписаны к Спасо-Преображенскому собору в Кремле, откуда доставлялись иконы и вся утварь. Именно поэтому храм стали называть Спасским, что не соотносится ни с одним из престолов храма. Староярмарочным собор стал называться после того как был построен новый храм — Александра Невского.
Вскоре после освящения нового храма выяснилось, что многие купцы отказываются его посещать, поскольку им было неловко молиться пред иконами, написанными на европейский манер итальянским художником Торричелли. Фигуры святых были частично обнажены, что вызывало недоумение и непонимание среди набожных торговцев. Некоторые из них даже стали приносить с собой свои иконы, заботливо завернув их в тряпицы. Поэтому спустя несколько лет было решено заменить иконостас.
Эта уступка и многочисленные ремонты и реставрации, которым подвергся храм в XIX веке, изменили первоначальный вид собора. До наших дней не сохранились иконостасы, а росписи на стенах лишь частично. В настоящее время здание собора является старейшим сохранившимся сооружением Нижегородской ярмарки.
11 сентября 2009 года патриарх всея Руси Кирилл принял участие в открытии памятника нижегородцам-участникам ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Памятник состоит из двухметровой фигуры ангела, установленной на трехметровом постаменте, в окружении гранитных плит с высеченными на них цитатами из Священного Писания и именами погибших.
На прилегающей к храму территории есть детский городок, где можно оставить детей.