Закладка нового кафедрального собора происходила 17 апреля 1875 года. "...торжество началось праздничным перезвоном, во время которого совершено освящение воды. ...начался крестный ход из собора на место закладки нового собора... Здесь после молитв над елеем и окропления святою водою медной доски и камней последние положены на свое место... На медной доске положена следующая надпись: "Во имя Отца и Сына и Святого Духа. При державе Благочестивейшего Самодержавнейшего Великого Государя Императора Александра Николаевича всея России, по благословению Преосвященного Вениамина 2-го, епископа Иркутского и Нерчинского, заложен сей кафедральный собор во имя Казанской иконы Божия Матери и святителей Христовых Николая, архиепископа Мирликийского чудотворца и Евфимия, архиепископа Новгородского, 17 апреля 1875 года, в четверток Святые Пасхи".

Мысль о постройке нового большого православного собора зародилась среди граждан Иркутска в 40-х годах прошлого века. Средства на строительство храма собирались в губернии по подписке, среди всех благотворителей выделился иркутский миллионер-золотопромышленник и меценат Е.А.Кузнецов, передавший в августе 1849 года архиепископу Иркутскому и Нерчинскому на строительство собора 250 тыс. рублей (к началу работ этот капитал вырос до 555 тыс. руб.). Кроме того Евфимий Андреевич заказал в Москву две большие иконы, которые были написаны и доставлены в Иркутск. "Я имею на себе обет, данный Господу Богу в дни испытаний моих, когда боролся с лишениями и опасностями... Обет сей много лет носимый в душе моей... в том состоит, чтобы собственными средствами, без всякого сторонняго вспомоществования, но своеобразно с требованиями времени, воздвигнуть в Иркутске Кафедральный Собор. Преисполненный сими чувствами, обращаюся к Вашему Высокопреосвященству с покорнейшею просьбою. Примите в распоряжение свое для издержек на построение Собора представляемый при сем капитал... Всего на сумму двести пятьдесят тысяч руб. серебром". При этом он не стал ставить каких-либо условий, а лишь скромно понадеялся, что "смиренный задатель, воскрешаем в памяти служителей алтаря Господня не изсякаемою благотворительностию своею, конечно, обрящет отраду, что имя его не забудется при жертвах и молениях, возносимых к Богу".

Строительство Казанского кафедрального собора было начато в апреле 1875 года. В июне 1879 года, когда каменные стены выросли до второго яруса, постройка значительно пострадала в огне большого иркутского пожара. Работы были приостановлены на долгие 6 лет, и только в 1885 году строительство собора возобновилось и полностью закончилось в январе 1894 года.

Еще до начала строительства собора некоторые архитекторы высказывали сомнение в необходимости возведения колокольни. Интересен отзыв на проект кафедрального собора архитектора А.О.Томишко: "...составленный для Иркутска проект Собора представляет собой Собор с колокольней, то есть прием более подходящий к церквам меньшего размера. При соборных же храмах колокольня, высота которой должна быть в известной пропорции к храму, убивает величие Собора, так что какой бы величины Собор ни был, он возле колокольни окажется малым. Тип Собора выражается вернее в центральном храме без колокольни, главный купол которого бесспорно господствует над окружающим..." Церковные власти настояли на строительстве колокольни, и она была возведена, хотя и ниже, чем того требовали законы пропорции.

Выбор места под строительство Собора длился с 1850 по 1872 годы с подробной публикацией различных вариантов в печати. Первоначально предполагалось снести древнюю Спасскую церковь или Богоявленский собор. В 1872 году для строительства отвели таможенную площадь, которую должны были очистить от всех зданий, кроме Спасской церкви. Для руководства строительством создали специальный комитет во главе с протоиереем П.Громовым, а по смерти его с преемником протоиереем А.Виноградовым.

Иркутский кафедральный собор входил в число крупнейших культовых сооружений России. По свидетельству современников он был четвертым по величине среди всех провинциальных храмов. Площади его позволяли вместить до пяти тысяч человек, а высота достигала 60 метров.

Первый проект Казанского собора был составлен в 1866 году художником-архитектором В.А.Кудельским, вошедшим в историю культового строительства Иркутской губернии как автор проектов нескольких значительных построек: соборного храма Вознесенского монастыря (1872 г.), часовни Св.Иннокентия (1877 г.), Иверской часовни (1892 г.), Князе-Владимирской церкви (1895 г.), а также церквей в Зиме и Кимельтее.

17 апреля 1875 года новый Кафедральный собор был торжественно заложен архиепископом Вениамином в присутствии генерал-губернатора Восточной Сибири барона Фредерикса и других чинов и жителей Иркутска.

В основу строительства был положен проект, составленный архитектором Владиславом Андреевичем Кудельским. Сразу же, на первом этапе стрительства, между архиепископом Вениамином и архитектором Кудельским возникли разногласия приведшие к отстранению Владислава Андреевича от наблюдения за строительством кафедрального собора. Преосвященный высказал ряд замечаний по поводу неудобной планировки храма и неудачного, на его взгляд, решения фасадов и предложил изменить проект. Наблюдать за работами по возведению собора был приглашен инженер Митрофан Нилович Огонь-Догоновский, который составил новый проект Казанского собора: предлагалось соединить храм с колокольней с помощью одноэтажной галереи, а также внести существенные исправления в декоративное решение фасадов. В таком виде чертеж был отправлен в Святейший Синод, где рассмотрение его затянулось на шеть лет. Наконец, в 1882 году проект был представлен на Высочайшее воззрение Государя Императора Александра III, который нашел проект излишне скромным и пожелал для столь "монументального сооружения соблюсти более благолепия в наружнем его виде и стиле".

Между тем, несмотря на эти задержки, строительство собора уже велось полным ходом. Фундамент был заложен на глубину пять саженей под пилонами и три сажени под стенами. Цемент изготовлялся из камня, добытого в селе Олха. Песчаник для фундаментов привозился из под села Усть-Куда со скалистых утесов Ангары. Этот камень оказался необычайно прочным и, как показала опытная проверка, мог выдержать вес, в семь раз превышающий общепринятую для него норму. Кирпич для стен изготовлялся на специально приобретенном заводе, расположенном близ летней архиерейской дачи. Глина добывалась здесь же.

Строительные работы велись безостановочно, за исключением зимнего периода. Летом они продолжались до 12 часов ночи. К июню 1879 года стены собора были возведены на высоту второго яруса окон. Но страшный пожар, уничтоживший половину города, приостановил строительство на шесть лет. Убыток от пожара оценивался только по собору примерно в 100 тысяч рублей. Строительство возобновили в 1885 году. Руководить работами был приглашен Генрих Владимирович Розен, который представил свой проект восстановления храма и переделки предыдущего проекта согласно высочайше указанным замечаниям. Внесенные им изменения в первоначальный проект в нижней, уже возведенной части, касались декоративной пластики фасадов. Верхняя же часть получила совершенно иное арихитектурное обличье. Изменены были не только формы куполов, но и стилистика сооружения. В первых двух вариантах проектов собор представлялся эклектичным сооружением, в архитектуре которого преобладали классицистические формы и стилизованные элементы древнерусского зодчества. Проект Г.В.Розена выдержан в русско-византийском стиле и отличался более пышным декоративным убранством. Праздничность и нарядность нового проекта больше соответствовала требованиям времени, и он был принят к строительству. Генрих Владимирович руководил работами весь период возведения собора, и его немалый опыт, знание дела и одаренность способствовали благополучному завершению строительства в довольно сжатые сроки. За свои труды Г.В.Розен получал плату в размере шести процентов суммы, ежегодно расходуемой на строительство.

Новый Богородице-Казанский кафедральный собор представлял собой пятиглавый крестово-купольный храм. Центричность композиции нарушалась длинной галереей, соединяющей храм и колокольню. Сам храм был строго симметричен. Центральные повышенные прясла завершались полукругыми закомарами, боковые - килевидными. Над нижним двухсветным ярусом размещался еще один аттиковый ярус, соответствующий в интерьере сводам боковых приделов. Четыре малые главы, в виде беседок венчающие приделы, располагались по диагоналям планировочного креста. Главный купол в виде полусферы был установлен на двенадцатигранном световом барабане. В интерьере храм был открыт на всю высоту здания и освещался в основном верхним светом, через проемы барабана.

Интересно, что вся верхняя часть собора, была выстроена в простых пропроциональных отношениях, свойственных принятым образцовым русско-византийским проектам. Преобладали соотношения объемов 1:1, 1:2, 1:4: высота храма равна высоте главного купола с барабаном и венчанием, высота малых куполов с барабанами равна двойной высоте центрального купола, радиус полусферы четырежды укладывается в высоте купола с барабаном, ширина храма равна его высоте без венчания и т.п. Декоративная пластика фасадов была очень насыщена. Ритм ее увеличивался вверх - плоскости стен венчающей части были покрыты сплошным орнаментом со сложной профилировкой деталей: полуколонки, филенки, пояски, кокошники, сухарики, бегунки, кронштейны. Для фасадов характерно разномасштабное построение декора: в нижней части укрупненное, с подчеркнутой центральной осью, унаследованное от классицизма, а в верхней части - более дробное, равнозначное, порожденное эклектикой. Несмотря на это сочетание разных традиций, обусловленное перипетиями строительства, храм воспринимался как единое целое с уравновешенной композицией объемов и сочной живописной пластикой деталей. Несколько особняком от храма стояла колокольня, соединенная с главным объемом низкой длинной галереей. Строительство ее было начато одновременно со строительством храма, и по первоначальному замыслу она должна была стоять отдельно и быть выше храма. При возобновлении работ после пожара архитектор Розен предложил разобрать колокольню, выстроенную к тому времени на шесть саженей в высоту, как не соответствующую общему стилю храма, но натолкнулся на сопротивление церковных властей. Возведение колокольни с механистичным копированием отдельных форм храма и отступлением от общего пропорционального строя, а также строительство галереи привело к нарушению равновесия и цельности композиции всего сооружения.

Иконостас главного придела был вырезан по рисункам барона Г.В.Розена молодым иркутским мастером Н.П.Поповым. Им же были выполнены иконостасы боковых приделов, но уже по его собственным рисункам.

В восточной части подвального этажа была устроена усыпальница с приделом во имя Второго Страшного Пришествия Христова, освященным намного ранее других приделов, в 1880 году. В 1892 году в усыпальнице с правой стороны был погребен преосвященный Вениамин, который вложил немало сил в дело сооружения собора. Летописи отмечают, что он практически ежедневно бывал на строительнай площадке и всячески способствовал быстрейшему разрешению проблем, возникающих при возведении храма.

В этой же усыпальнице в 1900 году был похоронен протоиерей нового кафедрального собора о.Афанасий Виноградов, который составил подробную летопись построения Богородице-Казанского собора. В 1892 году, когда основные работы по храму были завершены и приступили к установке иконостасов и внутренней отделке, в собор стала допускаться любопытствующая публика, желающая осмотреть невиданное по размаху и пышности строение. Ограду вокруг собора начали возводить в 1892 году. Для фундамента под нее использовали весь строительный мусор из серовичного камня и кирпичного лома, который был забутован в ров с глубиной в один аршин и длиной в двести семьдесят саженей. Весной 1893 года работы завершили. Рисунки решеток и ворот были составлены местными мастерами. Изготовили их на Николаевском железоделательном заводе братьев Бутиных, расположенном в Братской волости. Одновременно вокруг собора был посажен сад из ели, пихты и сосны. Возведение кафедрального Богородице-Казанского собора и его внутреннее устройство было окончено в 1894 году. Всего на строительство и заведение церковной утвари было израсходовано 904 025 рублей 42,5 копейки.

Собор стоял на фундаменте из серовичного камня. Кладка фундамента велась на цементе, приготовленом из известкового камня, добытого вблизи Олхинского селения в 25-ти верстах от Иркутска. Глубина заложения фундамента под пилонами - столбами, несущими главный купол, составляла 5 саженей (10,6 м), под стенами - 3 сажени (6,4 м).

25 января 1894 года состоялось освящение главного придела в кафедральном соборе во имя иконы Казанской Божией Матери. Интересно, что накануне, 3 января, проводилась репетиция, на которую публика приглашалась по билетам. В день освящения из городских церквей проводились крестные ходы. По дороге к собору были выстроены войска, музыка играла "Коль славен". Освящение храма совершали два архиепископа в сослужении двух архимандритов, семнадцати священников и терх протодиаконов. На клиросе пели два хора певчих. По случаю освящения собора в городе в общественном собрании был дан обед для всех начальствующих, духовенства и представителей города. "По дороге к собору были выстроены войска, музыка играла "Коль славен..." Освящение храма совершали два преосвященных в сослужении 2-х архимандритов, 17 священников и 3-х протодиаконов. На клиросе пели два хора певчих..." Остальные престолы - всего в храме их было шесть: во имя иконы Казанской Божией Матери, св. Николая, свв. Евфимия и Евфимии, свв. Тихона и Митрофана, св. Иннокентия, преподобного Вениамина и Страшного Суда, - освящены архиепископом Тихоном с января по август 1894 года.

В дореволюционном Иркутске Казанский кафедральный собор играл большую роль, он был центром не только религиозной, но и общественно-политической жизни города. Приобрела новое назначение и Тихвинская площадь, раннее в основном торговая, она становится главной площадью города, где проводятся торжественные церемонии, шествия, военные парады, а также народные гулянья в дни праздников.

После октябрьской революции жизнь кафедрального собора начала замирать. В 1919 году было разрушено паровое отопление, и богослужения стали совершаться только в теплое время года. В 20-е годы в ограде собора устроили спортивную площадку, молодежь здесь играла в футбол. При этом была выбита значительная часть стекол, особенно пострадала усыпальница. В местных органах печати велась активная кампания за ликвидацию собора.

В этот период времени кафедральный Казанский собор содержала немногочисленная община верующих, которая на свои скудные средства пыталась как-то исправить наносимый храму ущерб. В 1930 году, несмотря на ходатайствования Епархиального Церковного Управления, собор был закрыт. В январе 1932 года Отдел охраны памятников подписал приговор собору, отказавшись от предложения приспособить его под музей и согласовав его снос, как здания, не представляющего исторической и художественной ценности.

Попытка разобрать собор на строительный материал не увенчалась успехом, тогда решено было его взорвать. Первый взрыв собора был произведен в августе 1932 года (потребовалось несколько взрывов, чтобы окончательно его обрушить). Бригады рабочих вручную разбирали обломки собора, сгружая их на вагонетки, которые увозили мусор по временным рельсам, устроенным на площади. После выравнивания остатков собора на Тихвинской площади, уровень ее поднялся почти на метр. От богатейшего внутреннего убранства сохранилось всего несколько икон... В 1938 году почти на том же месте, где возвышался величественный кафедральный Богородице-Казанский собор, приступили к строительству Дома Советов.