Появление в Астрахани храма в честь Казанской иконы Божией Матери относится к началу ХVII века. В 1614 году для освобождения Астрахани от разбойников во главе с атаманом Заруцким был послан воевода князь Иван Никитич Одоевский со списком чудотворного образа Казанской Божией Матери. Заруцкий бежал ещё до прихода воеводы, а над восточными проездными вратами кремля в честь этого образа был сооружён каменный храм. Ворота и башня под храмом получили наименование Пречистенских в честь «Пречистыя Богородицы Казанская». В 1709 году над воротами была возведена каменная соборная колокольня, а храм был упразднён, икону Казанской Божией Матери ещё раньше перенесли в Успенский собор, где она находилась долгое время.
В 1707 году в новом селении за рекой Кутум, имевшем первоначально название Посад, был расквартирован Казанский солдатский полк, а позже стали здесь селиться астраханские купцы и прочие жители. Все они были приписаны к приходской Смоленской церкви, находящейся по другую сторону реки Кутум. Добираться до церкви было крайне сложно, особенно во время ледостава, разлива реки и в период дождей. Это подтолкнуло жителей посада испросить разрешения у Астраханского епископа Илариона по строительству своего храма в честь Казанской иконы Божией Матери. В начале весны 1753 года жителям была выдана сборная книга для сбора пожертвований. Строили храм из камня, с особым деревянным приделом в честь Праведных Захария и Елисаветы. Через 16 лет, в 1769 году, храм был построен, а через три года к нему была пристроена колокольня. В 1797 году деревянный придельный храм был из-за ветхости разобран. В 1807 году, после чумной эпидемии, случившейся в Астрахани, купец Макарий Абезьянин, в честь избавления от этой страшной болезни пристраивает придел в честь Священномученика Харлампия. В 1811 году на средства другого астраханского купца Ивана Мултанова в Казанском храме появился левый придел в честь Святителей Василия Великого, Григория Богослова и Иоанна Златоуста.
Летом 1923 года Казанский собор захватили обновленцы. А в 1930 году советская власть церковь у них отобрала. Скоро снесли колокольню и четыре боковых барабана, а также две деревянные башенки, так до сих пор и стоит собор одноглавым. Изувеченный храм перешёл в распоряжение «Заготзерно» и использовался в качестве склада, потом здесь был обувной склад. 8 февраля 1955 года здание решили передать областному Совету профсоюзов, с правом переоборудования. Долгие годы одинокая глава собора, сиротливо выглядывавшая из-за пакгаузов центрального грузового порта, грустно провожала туристические теплоходы.
15 июня 1991 года храм был возвращён Православной Церкви. Началось его восстановление, в первую очередь с обновления внешнего облика. Купол и крышу покрыли новым оцинкованым железом, вставили рамы в окна, отреставрировали входные врата в храм. Появился в соборе и новый иконостас с вышитыми бисером иконами. Начались работы по росписи храма. В 2006-2008 годах была восстановлена в прежнем виде колокольня собора. Работы по воссозданию Свято-Казанского собора продолжаются и по сей день.
