Хрестовоздвиженський собор – це другий за віком православний храм Омська, зберігся в місті з дореволюційних часів. Храм розташований в центральній частині міста на перетині трьох вулиць - Третьяковській, Тарской і Рабиновича. Ініціатором будівництва собору в 1858 р. став генерал-губернатор Західного Сибіру і Військовий Наказний Отаман Сибірського козачого війська Р. Х. Гасфорд.

Храм знаходився в бідному кварталі на півночі міста і будувався на пожертвування місцевих жителів, головним чином Р. Андрєєва і його дружини. Будувалася церква городовим архітектором Е. Эзетом. Головні будівельні роботи закінчилося до 1867 р. На главах храму були встановлені хрести. При цьому з-за несподіваної смерті Р. Андрєєва оздоблювальні роботи затягнулися ще на три роки.

Церемонія урочистого освячення однопрестольною кам'яної церкви відбулася у вересні 1870 р. Обряд освячення провів праведний Стефан Омський. У лютому 1896 р. відбулося освячення другого престоли - в ім'я ікони Божої Матері «Утамуй моя печалі». У 1891 р. при храмі була відкрита церковно-парафіяльна школа для дівчаток.

У 1920 р. все церковне майно націоналізували. У 1936 р. місцевою владою було прийнято рішення про знесення церкви, однак її дивом вдалося зберегти. У листопаді 1943 р. храм повернули православній громаді. У 1951 р. у соборі було влаштовано третій приділ - на честь Пророка Іллі.

У 1946 р. собор отримав статус кафедрального. В 1989 р. до будівлі собору прибудували два придела. Автором даного проекту виступив архітектор Ст. А. Баранов. В результаті цієї прибудови була порушена гармонія первісного вигляду собору. В той же час були оновлені інтер'єри храму, покрита лаком настінний живопис.

У 1998 р. на прилеглої до собору території був побудований адміністративний корпус, який закрив його північний фасад.