29 мая 1494 года в Устюге скончался второй популярный местный юродивый Иоанн, канонизирован на Соборе 26 февраля 1547 года, который был похоронен на территории Соборной площади между Успенским и Прокопьевским соборами. Спустя несколько лет над гробом Иоанна устюжанин Федор Тутыгин построил церковь во имя Происхождения Честного и Животворящего Креста, с приделом посвященным Иоанну, соборным храмом стала с 1683 года. Эта церковь стала третьей святыней соборного комплекса. Как и все остальные храмы, церковь эта неоднократно горела и восстанавливалась.
8 февраля 1656 года по грамоте Ростовского митрополита Ионы, иждивением купца Никифора Ревякина на месте деревянной церкви заложена каменная церковь во имя Происхождения Честного Креста с приделом во имя праведного Иоанна Устюжского. Строительство закончено в 1663 году. Храм имел пять куполов и пристроенную с южной стороны колокольню с шестью колоколами. В 1695 году по приказу устюжского епископа Александра колокольня была разобрана, а стройматериал использован для строительства архиерейского двора, так же как и колокольня Прокопьевского собора.
В 1830 году Иоанновский собор подвергся перестройке, переделан купол, полностью заменены главы. В 1859 году с западной стороны пристроена обширная трапезная. 15 января 1909 года произошел обвал свода, жертв не было, иконы не пострадали. 13 мая 1912 года заложен придел в честь великомученика и целителя Пантелеймона и святых мучениц Веры, Надежды, Любви и матери их Софии. До 1917 года в Иоанновском соборе находилась гробница праведного Иоанна Устюжского Христа ради юродивого.
Из древних икон бывших в храме можно отметить, образ Живоначальной Троицы, образ Происхождения древ Честного и Животворящего Креста Господня, образ святого праведного Иоанна, большой древний образ святого праведного Иоанна устюжского чудотворца, в молении, с житием и чудесами. На передней стороне образа на серебряной дощечке надпись, «лета 7110 сей образ домовой церковной с окладом и с кистью и с пеленою, поставленье Никиты Григорьева сына Строганова». На задней стороне надпись, «лета 7110 Июня в 14 день составил сей образ на Устюге Великом на посаде у чудотворнаго гроба Святаго Праведнаго и Христа ради Юродиваго Иоанна Устюжскаго чудотворца Никита Григорьев сын Строганова» Блаженный Иоанн, устюжский чудотворец.
