Храм-памятник событиям 1 марта 1881 года, когда на набережной Екатерининского канала в результате нападения террориста-народовольца И. И. Гриневицкого был смертельно ранен император Александр II. Именно на том месте, где император получил ранение (выражение "на крови" указывает на кровь царя), на средства собранные по всей России и была возведена церковь. Храм вмещает 1600 человек, а его шатер возносится на высоту 81 метр (1981 – год гибели Александра II).
Сооруженный в 1883—1907 годах, по указу императора Александра III, девятиглавый храм является крупнейшим памятником русского мозаичного искусства и уникальным памятником «русского» стиля в Петербурге.
Проект храма был разработан архитектором А.А. Парландом, который по требованию императора Александра III опирался на стиль московского и ярославского зодчества 17 века. В итоге, творчески переработав приемы церковной архитектуры допетровской эпохи, архитектор создал собирательный образ.
Фасады собора богато декорированы – фигурными наличниками, кокошниками, заполненными мозаичными вставками, поясками, изразцами, разноцветной черепицей. Главы позолочены, а также покрыты ювелирной эмалью площадью 1000 квадратных метров. Мозаичное убранство храма составляет более 7 тысяч квадратных метров, это одна из крупнейших мозаичных коллекций в Европе. Мозаика полностью покрывают стены, пилоны, столбы и своды. Они создавались в мастерской Александра и Владимира Фроловых по оригиналам художников Виктора Васнецова, Николая Бруни и других.
В отделке интерьера использована богатейшая коллекция самоцветов, уральские и алтайские поделочные камни, итальянские цветные мраморы, а также мозаичная коллекция российской геральдики.