Освященный в 1873 году пятикупольный Боголюбский собор имеет три престола, главный в честь Боголюбской иконы Божией Матери, придельные в честь Сретения Господня и преподобного Сергия Радонежского. Новый каменный пятикупольный храм сильно отличается от всех остальных церковных сооружений Тамбовской митрополии огромными размерами, единовременно он вмещает 5 тыс. человек, помпезностью и редкостной для восприятия красотой византийско-русского стиля. Мажорную, приподнятую ноту вносит в этот архитектурный шедевр купол центрального барабана. В диаметре он достигает 16 м, а общая высота церковного здания составляет 21 м. Обширное подкупольное пространство освещается 16 окнами барабана большого купола. Сам храм имеет вид куба с ребром 43 м, в плане повторяет очертания греческого креста. Общая высота храма 64 м. По конструкции, это оригинальное, продуманное и гармоничное сооружение. Красив цокольный этаж, перекрытый арками большого пролета, радиально расходящимися во всех направлениях от главного опорного столба.
Боголюбский собор был закрыт в 1930 году. В основном он использовался в качестве складских помещений. Предпринимались попытки взорвать храм. Это не было сделано из-за опасности разрушения соседних жилых зданий. В 30-40-е годы ХХ века тысячи горожан стали свидетелями явления Пресвятой Богородицы у стен поруганного собора, благословлявшей изумленные толпы людей. Только по заступничеству Божией Матери храм и практически все монастырские постройки, включая здание, где располагалась домовая церковь в честь иконы Божией Матери «Утоли моя печали», были сохранены в богоборческие годы.
После войны сорваны с храма уникальные купола, в цокольных помещениях устроен городской соляной склад. На протяжении десятилетий атмосферные осадки размыли кирпичную кладку собора, соль разъела штукатурку и уничтожила все настенные росписи. Мичуринская старица схимонахиня Серафима Белоусова в далекие 1960-е годы предсказывала, что коммунисты собор откроют и восстановят купола. В результате многолетней борьбы власти признали храм памятником архитектуры государственного значения и согласились вывезти соль из церкви. Тогда же началась реставрация храма.
В 1990 году Боголюбский кафедральный собор был возвращен верующим, в 1991 году в нем были возобновлены богослужения. В первые годы после открытия в соборе мироточило несколько икон, Казанской Божией Матери, святителя Митрофана Воронежского, блаженной Ксении Петербургской и другие. В 1993 году во время своего первого визита на Тамбовщину храм посетил Патриарх Московский и Всея Руси Алексий II. В настоящее время продолжается реставрация собора. При храме возведена колокольня-часовня в честь Новомучеников и Исповедников российских.
Сегодня Боголюбский кафедральный собор города Мичуринска вновь стал одним из красивейших храмов на Тамбовщине. Возобновляется при соборе и монашеская жизнь, есть надежда на возрождение и Боголюбского женского монастыря.
