Построен в 1887—1892 гг. по проекту Харьковского городского инженера Б. Г. Михайловского. Здание имеет базиликальную форму, высокую готическую колокольню с круглым окном-розеткой во втором ярусе, увенчанную шпилем.
26 июля 1892 г. храм был освящён епископом Франциском Симоном. Орган, изготовленный на Етгитонской фабрике в Баварии, установлен в апреле 1901 г.
Были открыты богадельня для нуждающихся, приют для детей-сирот, приходская школа, часовня на кладбище.
В 1917 году была закрыта приходская богадельня.
На данный момент работает приходская библиотека, в том числе с "брайлевскими" книгами для незрячих, приходское издательство "Magnificat", филиал международной организации "Caritas", выходит журнал "Слово с нами" (на русском и украинском языках).
Собор является центром Харьковско-Запорожского диоцеза Римско-Католической церкви.