История главного православного храма Тюмени начинается в первой половине 17 века. Однако, в 1697 году из-за крупного пожара здание сгорело, и на его месте снова возвели церковь, которую постигла та же беда. Каменное здание появилось в 1768 году.
Во времена советской антирелигиозной политики, собор прекратил свою работу, но к 1941 был возвращен верующим, а после снова конфискован. В храме располагались военные подразделения, машинотракторная станция. Окончательное возвращение храма православным произошло после Великой Отечественной войны.
В храме хранится главная святыня - Икона божией матери «Знамение», которая по легенде спасла город от эпидемии чумы в 1848 году.
Архитектура здания выполнена в стиле сибирского барокко, внутреннее убранство украшено росписями и другими декоративными орнаментами.
Ежедневно в соборе проводятся службы и отмечаются религиозные праздники.