Za datę początku budowy świątyni przyjmuje się rok 1687[2]. Do 1712 na miejscu dzisiejszego soboru powstała pierwsza kaplica pod wezwaniem Zwiastowania. Obiekt był rozbudowywany między rokiem 1714 a 1731, natomiast w 1790 przebudowano dzwonnicę i zachodnią część budynku[2]. Pierwsza cerkiew istniała do 1837, gdy na jej miejscu rozpoczęto wznoszenie nowej, według projektu Jewgrafa Tiurina. Poświęcenie istniejącej do dziś świątyni odbyło się 18 października 1853 (konsekracji dokonywał metropolita moskiewski i kołomieński Filaret[3]), chociaż jeszcze do 1889 trwały prace nad wieńczącą cerkiew kopułą i attyką zaprojektowaną przez P. Zykowa[2]. Łączny koszt budowy soboru wyniósł 600 tys. rubli, z czego jedną trzecią przekazał jego przyszły parafianin, kupiec Wasilij Szczapow[4]. W latach 1895 i 1912 obiekt był remontowany[2].
W czasie akcji konfiskaty kosztowności cerkiewnych w 1922 z soboru wyniesione zostały utensylia liturgiczne. W latach następnych do świątyni trafiały resztki wyposażenia niektórych zamykanych moskiewskich cerkwi[3]. W latach 30. XX wieku, w odróżnieniu od większości świątyń prawosławnych w Związku Radzieckim, cerkiew nie została zamknięta dla kultu, chociaż w 1935 pojawił się projekt jej adaptacji na kino[4]. W 1938, po zniszczeniu poprzedniego soboru patriarszego (soboru w Moskwie–Dorogomiłowie), locum tenens Patriarchatu Moskiewskiego, metropolita Sergiusz (Stragorodski) zdecydował o przeniesieniu głównej katedry Kościoła do cerkwi w Jełochowie[2]. Sobór już wcześniej spełniał niektóre funkcje świątyni patriarszej: to w nim, nie zaś w Dorogomiłowie, odbywały się chirotonie biskupie[3]. W tejże świątyni w 1941 metropolita wezwał prawosławnych mieszkańców Związku Radzieckiego do obrony kraju przed agresją III Rzeszy[4]. Sergiusz, wybrany w 1943 na patriarchę Moskwy i całej Rusi, został po swojej śmierci pochowany w tejże świątyni[2].
Sobór reprezentuje typ krzyżowo-kopułowy i jest wzniesiony w stylu empire[3]. Budowla posiada pięć kopuł, z największą centralną i czterema bocznymi na cylindrycznych bębnach. Od północy, południa i zachodu do głównej bryły budynku przylegają ryzality, pomieszczenie ołtarzowe zlokalizowane zostało po stronie wschodniej. Okna w obiekcie są półkoliste, wejście do soboru zdobi portyk z masywnymi pilastrami[3]. Łączna powierzchnia cerkwi wynosi 1164 metry kwadratowe, wysokość – 56 m. Budynek przeznaczony jest dla jednoczesnego udziału w nabożeństwie trzech tysięcy osób[3].
Pierwotnie w soborze znajdował się ikonostas o łącznej wysokości 18 m. Współcześnie wyposażenie obiektu stanowią zarówno przedmioty znajdujące się w nim od czasów budowy, jak i przeniesione z innych moskiewskich świątyń zniszczonych przez władze radzieckie. W ten sposób do cerkwi trafiła uważana za cudowną kopia Kazańskiej Ikony Matki Bożej[3]. Na dzwonnicy soboru znajduje się 17 dzwonów[3].
