Музей історії архітектури Софійського собору знаходиться в храмі, побудованому на місці колись зруйнованого стародавнього Софійського собору.В рік хрещення Русі були закладені три Софійських собору в трьох головних російських містах – Києві, Новгороді, Полоцьку. У 1596 році храм було передано уніатам і перебудований. Він став храмом-фортецею. Після пожежі 1602 року храм був відновлений за наказом єпископа Иософата Кунцевича. Вже до початку Північної війни храм був настільки сильно перебудований уніатами, що мало скидався на початковий православний Софійський собор.

У цьому храмі зберігалися мощі Йосафата Кунцевича. Цей єпископ був канонізований католиками і вважається святим, тоді як для православних він ворог і гонителем віри. Він відрізнявся непохитним характером і силою змушував цілі міста відмовлятися від православ'я, за що, в результаті бунту у Вітебську, він і був убитий.

У 1705 році російські війська на чолі з царем Петром I увійшли у Полоцьк. Петро, як людина вкрай допитливий, вирішив оглянути визначні пам'ятки міста. Побачив величний храм, дізнався, що колись він був Софійським собором і вирішив у ньому побувати. У той час це був базилианский храм. Цар поцікавився у ченців, чиї мощі зберігаються в храмі. Дізнавшись, що це мощі Йосафата Кунцевича, «убієнного єретиками», він страшенно розлютився і хотів знищити святиню, але ченці стали за неї битися, не підпускаючи царських слуг, за що при спробі арешту були вбиті. Храм же пізніше був підірваний за наказом Петра I. Після вибуху вціліла тільки права аспіда.

Новий храм на місці колишнього був збудований вже в католицькому стилі «віленського бароко». Це велична будівля нині є музеєм Софійського собору і концертним залом органної музики. Експозиція музею розміщена у підвальних приміщеннях. Вона демонструє виявлену археологами древню кладку першого храму і багато інші археологічні знахідки.

Кожне літо у цих древніх стін проходять фестивалі реконструкції. З усієї країни та з-за її меж з'їжджаються молоді хлопці в старовинних лицарських латах, щоб битися у майже справжніх лицарських турнірах. Тут проходять фестивалі середньовічної та етнічної музики, виставки-продажі робіт ремісників.