На набережной Екатерининского канала 1марта 1881 года террорист организации «Народная воля» И. Гриневицкий нанёс смертельное ранение императору Александру II. После кончины императора, вечером того же дня, на месте, где всё произошло, поставили часового и обнесли забором. Через полмесяца на месте покушения возвели небольшую часовню по проекту Н. Л. Бенуа. Ежедневно по убитому Александру II там служили панихиды. Часовня не была постоянным строением, а только временным, поэтому по желанию Александра III на том месте, где произошло смертельное ранение отца, планировалось возвести храм. Был проведен конкурс на лучший проект храма. В нем приняли участие самые лучшие архитекторы того времени, но первый тур оказался безрезультатным.

Александр III изъявил дополнительное желание, оно заключалось в том, чтобы этот проект был выполнен в стиле русских церквей 16-17 вв. Второй тур выиграл проект архитектора А. Парланда совместно с настоятелем Троице-Сергиевой пустыни Игнатием (И. В. Малышева), обученному в Академии художеств. Их работа получила одобрение Александра III, и после некоторых доработок их проект был утвержден. Храм был заложен 6 октября 1883 года, это произошло еще до утверждения проекта, из-за того, что первые три года велись работы для укрепления грунта и подготовке фундамента. А уже в 1888 году приступили к строительству гранитного цоколя и самих стен. В самих нишах цоколя установили двадцать гранитных досок, где были перечислены важнейшие события во время правления Александра II.

Строительство сводов храма и их установка завершилась в 1897 году. Но еще десять лет понадобилось для внутренней отделки храма, которая в основном состояла из мозаичного убранства. Эскизы для мозаичных икон выполнили художники В. Васнецов, М. Нестеров, А. Рябушкин, Н. Харламов. Они украшали не только внутреннюю часть Собора, но и внешнюю. Собор оказался единственным в мире сооружением, где так широко применялась мозаичная отделка. Так же, при отделке использовался разноцветный мрамор.

В соборе особое место занимает сень, она установлена на месте смертельного ранения Александра II. Сюда были вмонтированы части булыжной мостовой, и решетки набережной Екатерининского канала. Сень окружена очень красивой ажурной кованой решеткой, поддерживали её колонны из яшмы, а завершала всю композицию высокая восьмигранная пирамида, на которой был установлен крест из топазов.

После освещения храма его стали назвать «Спас на Крови», состоялось это августе 1907 года. Собор получил права на полное государственное содержание, как и Исаакиевский собор, в нём не крестили, не венчали, не отпевали, как в остальных храмах. Вместо этого здесь каждый день служили панихиды и читали проповеди, из-за этого храм пользовался популярностью у прихожан.

В 1923 году храму присваивается статус кафедрального, однако после 1930 года его начали готовить к сносу. В этих планы вмешалась война. В 50-х и 60-х годах собор использовали для хранения театральных декораций, возобновились разговоры о его сносе, и только в 1970 году храм Воскресения Христова передали на баланс музея «Исаакиевский собор». Приступили к сложной многолетней реставрации. 19 августа 1997 года собор открыли для посетителей.