Михайловский собор Выдубицкого монастыря заложили в 1070 году по указу сына Ярослава Мудрого Всеволода Ярославича. Тогда это был крестово-купольный одноглавый храм. Церковь возвели на обрыве на берегу Днепра — здание страдало от оползней. Несмотря на сооружавшиеся подпорки, в XVI веке восточная стена, алтарь и купол рухнули. При реконструкции храма, проводившейся на средства митрополита Петра Могилы, внешний облик здания претерпел изменения — храм стал двухъярусным.
В XVIII веке собор и вовсе перестроил в стиле украинского барокко архитектор Михаил Юрасов. В 1934 году храм закрыли, а в здании разместили склад. Затем собор использовали в качестве библиотеки и фондов Института археологии. В 1970-е годы в ходе реставрационных работ в храме обнаружили фрески XI века. Сегодня собор принадлежит Украинской православной церкви.
