В XI веке в крупнейших городах Руси — Киеве и Новгороде — были построены Софийские соборы по образцу константинопольского храма Святой Софии. Возвели семикупольный Софийский собор и в Полоцке. Храм построили из необработанных камней-валунов и тонких кирпичей — плинфы. Внутри стены собора расписали фресками. Даже находясь в составе Литвы, Софийский собор в Полоцке оставался православным храмом, долгое время единственным. Однако в 1596 году его все же передали униатской церкви. В XVII веке Софийский собор неоднократно страдал от пожаров и восстаний, подвергался перестройке. В годы Северной войны использовался как пороховой склад.
В 1710 году склад взорвался, уничтожив собор. В 1750 году по инициативе архиепископа Флориана на сохранившихся основаниях стен возвели 50-метровую католическую базилику с двумя башенками в стиле барокко. Ее освятили в честь Сошествия Святого Духа. Наконец, в 1839 году Софийский собор снова вернули православным. В начале ХХ века его отремонтировали, но уже в 1920-е отдали храм под местный краеведческий музей. Сегодня в соборе находятся исторический музей и концертный зал, однако в одном из пределов совершаются богослужения. В музее хранятся фрагменты кладки и фресковой росписи собора XI века.
