Проект постройки каменной соборной церкви в городе Николаевске Самарской губернии, ныне город Пугачев Саратовской области, был рассмотрен и одобрен техническим строительным комитетом 12 июня 1875 года. Собор возводился долго, более двадцати лет. В 1895 году работы по постройке храма были приостановлены в связи со смертью главного ктитора, С. О. Локтева. Они возобновились только через четыре года — в феврале 1899 года трудами местного священника Василия Парадоксова, председателя церковного попечительства. Главный престол собора был освящен 12 сентября 1899 года епископом Самарским и Ставропольским Гурием Буртасовским, на следующий день было совершено освящение правого придела в честь Казанской иконы Божией Матери. При храме была также устроена колокольня, на которой было три колокола: большой, весом 624 пуда, был отлит в Саратове, средний, весом 300 пудов, был отлит в Ярославле, и малый, весом 200 пудов.
В 1936 году была уничтожена колокольня собора. Предполагалось уничтожение и самого храма, но по неизвестным причинам намерение свое гонители не исполнили. В ноябре-декабре 1935 года было арестовано практически все духовенство города Пугачева во главе с викарным епископом Стефаном Виноградовым. В 1937 году храм был окончательно закрыт, и его здание использовалось в качестве зернохранилища. В 1942 году в нем были возобновлены богослужения, но передан верующим храм был только в 1945 году.
