Храм посвящен Владимирской иконе Божией Матери, одной из самых почитаемых на Руси. Церковь возведена в период с 1761 по 1769 год, решена в переходном стиле от барокко к классицизму. Храм известен тем, что его прихожанином был писатель Фёдор Михайлович Достоевский, а в 1828 году здесь отпевали Арину Родионовну, няню Пушкина. В советское время здесь находилась библиотека Академии наук. В 1989 здание храма было возвращено верующим, а в мае 2000 года Владимирская церковь получила статус собора.
Пятиглавый собор представляет собой памятник архитектуры переходного стиля от барокко к классицизму. Храм включает верхнюю (холодную) Владимирскую и нижнюю (теплую) преподобного Иоанна Дамаскина церкви.
Храм Владимирской иконы Божией Матери был построен на Торговой площади в период с 1761 по 1769 год, предположительно, по проекту архитектора Христиана Кнобеля или по плану архитектора П. А. Трезини на месте одноимённой деревянной церкви 1747 года постройки. Церемония освящения храма состоялась 9 апреля 1783 года.
В 1783(—1791?) году по проекту архитектора Джакомо Кваренги недалеко от церкви была сооружена отдельностоящая трехъярусная колокольня.
В 1830—1831 годах архитектором А. И. Мельниковым к церкви был пристроен двухэтажный каменный притвор.
В 1848 году архитектор Ф. И. Руска прибавил к колокольне построенной Кваренги ещё один ярус, а в 1850—1853 годах по его же проектам были построены две часовни и сооружена ограда.
С 1865 года при Владимирской церкви существовало благотворительное общество, содержавшее детский приют и женскую богадельню.
В 1883—1885 годах архитектором А. Л. Гольмом были сделаны боковые пристройки.
После реставрации 1887—1888 годов в храме проходила часть торжеств в честь 900-летия крещения Руси.
В 1828 году во Владимирской церкви отпевали Арину Родионовну, няню А. С. Пушкина.
Прихожанином храма в последние годы жизни был Ф. М. Достоевский и в настоящее время здесь ежегодно совершается панихида памяти писателя.
В 1932 году Владимирская церковь была закрыта, а в здании разместилась фабрика «Ленмашучёт».
В августе 1989 года храм был возвращен верующим и освящен 7 апреля 1990 года после первоочередного внутреннего ремонта. Реставрация интерьера храма заняла много лет.
Главные святыни храма - Владимирская икона Божьей Матери, икона «Нерукотворный Спас», освященная св. праведным Иоанном Кронштадтским, а также образ Преподобного Серафима Саровского с частицей его святых мощей.