Собор в честь Рождества Христова заложили в Вышенской пустыни в 1874 году, при архимандрите Аркадии. Строительство завершили спустя шестнадцать лет. Эта тёплая церковь должна была стать самым большим храмом монастыря. В соборе устроили два престола: главный, в честь Рождества Христова, и правый, во имя святых мучеников Адриана и Натальи. С левой стороны располагались помещения для ризницы и облачения служащих. Храм снабжён пятью куполами, из которых центральный — самый большой и величественный. Автор «Историко-статистического описания Тамбовской епархии» в 1911 году отмечал, что «храм очень красив, с портиками с трёх сторон, мерою в длину 46,9 м, в ширину 34,1 м.
Внутри собор украшал изящный орнамент и изображения святых. Для отопления под храмом были сделаны две духовые печи, имелся также подвал для склада различных хозяйственных предметов. В Христорождественском храме находились иконы святых мучеников Адриана и Натальи, изображённых с образом Спасителя на руках, святого благоверного князя Александра Невского и святого праведного Евдокима с Владимирской иконой Божией Матери на руках, святого великомученика Георгия Победоносца. Перед двумя передними столбами находились клиросы. За правым клиросом был пристроен позолоченный иконостас в виде рамы. В ней помещались изображения событий обретения иконы Божией Матери в Казани и список с Санкт-петербургской чудотворной Казанской иконы Божией Матери. Напротив этого образа в зимнее время пребывала чудотворная Вышенская Казанская икона Божией Матери. За левым клиросом находилась копия иконы святых Девяти мучеников Кизических. На специальном аналое располагался подлинник, при котором в особом ковчежце хранились частицы святых мучеников Кизических.
В ХХ веке, после закрытия монастыря, новые власти устроили в храме зернохранилище, а притвор с западной стороны был чудовищным образом обращён в морг психиатрической больницы. Собор вернули Православной Церкви в начале 1990-х годов, после чего началась его «вялотекущая» реставрация. Храм покрыли медной кровлей, его главы увенчали позолоченными крестами. Эти кресты были освящены архиепископом Рязанским и Касимовским Павлом 15 марта 2009 года, после чего в тот же день их установили на купола. Рядом соорудили небольшую временную колоколенку с подаренными монастырю колоколами. Сейчас храм внешне отреставрирован, окрашен в нежные бело-голубые тона, внутри ещё продолжаются реставрационные работы.
