История Казанского кафедрального собора началась еще во времена Царицына. Первый храм был создан еще в начале XVIII века. Но простояла церковь недолго, по некоторым данным, через какое-то время она сгорела. На ее месте в 1897-1898 годах был построен и освящен собор в честь Казанской иконы Божией Матери.
Строительство собора велось на средства прихожан. Каменный храм сооружался в так называемом псевдорусском стиле. Фасады были выполнены с использованием кирпичной кладки и лепнины. В 1904 году к основному помещению была пристроена трапезная с колокольней. К храму примыкало кладбище и его территорию иногда называли Кладбищенской площадью.
Во время Сталинградской битвы здание было сильно разрушено, но сразу после окончания войны началось его восстановление под руководством архитектора В.Н. Симбирцева. В 1954 году Указом Святейшего Патриарха Московского и Всея Руси Алексея церковь возведена в ранг собора.
В последние годы собору понадобилась серьезная реконструкция, здание начало рушиться. Проект реставрации был разработан архитектором Б.Г. Гольдманом и храму был возвращен первоначальный облик, стилизованный под древнерусские формы. Луковичные купола сменили на шатровые, при этом к имеющимся двум прибавились ещё четыре.
.