Первый собор на этом месте построили в 1633 году для католического монастыря бернардинок. В середине XVIII века обитель пострадала от пожара, впоследствии ее реконструировали. В середине XIX века Свято-Духов собор передали православной церкви, а вскоре и весь монастырь, также получивший имя Свято-Духов, стал православным. В советское время обитель закрыли, в ее зданиях разместилась пожарная служба и архив. В 1942 году богослужения в соборе возобновились. В настоящее время в храме находятся чудотворная Минская икона Божией Матери и мощи Блаженной Софии Слуцкой.
