В 1892 году в уездном центре закладывается духовный центр — храм в честь Нерукотворного Образа, впоследствии ставший кафедральным собором. Сама инициатива возведения очередного величественного храма в главном городе Павлоградского благочиния принадлежала почетному гражданину Павлограда Якову Федоровичу Голубицкому. Он же был и основным благотворителем, вложившим огромные средства в строительство. Храм построили и торжественно открыли в 1898 году.
Первая мировая война и последующий за ней октябрьский переворот, гражданская война превратили жизнь каждого в сущее горе. Павлоград, как и другие города Украины, пожинал «плоды» революции, воин, коллективизации, раскулачивания, голодомора и сталинских репрессий. Красный террор не обошел стороной и Святую Церковь.
За два вторых десятилетия XX века было уничтожено все, что возводилось кропотливыми трудами наших благочестивых предков — почти все храмы Павлограда были закрыты или разрушены. В городе остался только один действующий храм Спасо-Нерукотворного Образа, который после разрушения в 1936 году Вознесенского собора стал главным соборным храмом Павлоградского благочиния и единственным центром духовной жизни жителей пяти близлежащих районов: Павлоградского, Юрьевского, Межевского, Петропавловского и Синельниковского.
Во время Великой Отечественной войны при бомбардировке города в 1943 году здание собора очень пострадало. Также в это время трагически погиб и настоятель храма протоиерей Симон. Не пощадила величественный храм и «хрущевская оттепель».
В 1960 году собор был окончательно закрыт и переоборудован в спортзал с достройкой здания спортивной школы с западной стороны. Строительству «мешали» захоронения основателя храма Якова Голубицкого и его супруги. Вопрос решили однобоко. Надгробия просто разрушили, а останки небрежно перезахоронили на городском кладбище.
В независимой Украине началось возрождение утраченных святынь. Храм Спасо-Нерукотворного Образа был первым возвращен Церкви в 1991 году. Его настоятелем был назначен протоиерей Валентин Цешковский, нынешний секретарь Днепропетровского епархиального управления. Началась его реставрация, которая была закончена в 1995 году.
Вскоре после его открытия, на Сретенье Господне, было совершено великое освящение храма и отслужена первая после 30-летнего перерыва Божественная литургия, которую возглавил архиепископ Днепропетровский и Криворожский Ириней.
Протоиерей Тарас Потеруха отреставрировал и установил иконостасы в южном и северном приделах храма, посвященных Благовещению Пресвятой Богородицы и святителю Николаю Чудотворцу.
13 июля 1996 года Днепропетровский Архипастырь освятил в них престолы. В том же году, в связи с решением Священного Синода УПЦ об утверждении в Днепропетровской области двух епархий архиепископ Ириней получил титул «Днепропетровский и Павлоградский», следовательно, собор получил статус кафедрального.
В 1994 году соборной общине было передано двухэтажное здание, расположенное в церковном дворе. В нем оборудовали помещение для крещения, а также разместили библиотеку, канцелярию, классы для занятий воскресной школы, которая была открыта в том же году, просфорную и трапезную. Все ремонтные работы сделали своими руками. В 1999 году начали работу информационный и миссионерский отделы.
В 2002 году была закончена роспись храма, а в начале 2003 года городские власти передали здание, находящееся недалеко от собора, которое в 2004 году было отремонтировано и переоборудовано под учебное заведение для детей. Вскоре школа преобразилась в образовательно-просветительский центр, в который входит четырехгодичная воскресная школа во имя святых равноапостольных Кирилла и Мефодия, учителей Словенских.
