Згідно з давнім переказом, у 1170 році, коли численні війська Суздальцев напали на місто Новгород, завдяки іконі "Знамення Пресвятої Богородиці", новгородці перемогли. Згідно з легендою, під час облоги Новгорода архиєпископ Ілля молився кілька днів про порятунок міста. Потім він взяв у Спаській церкві ікону, і поставив її на фортечну стіну, обличчям до нападникам. Одна стріла нападників потрапила в святий лик. Тоді ікона сама відвернула обличчя і поточили сльозу. У цей момент суздальцы втратили зір, і ворог був розбитий. Правда це чи вигадка, але на іконі зберігся і донині слід тій стріли. Перемога була справжнім дивом, оскільки сили були нерівні. На честь чудотворної ікони новгородці побудували Церква Знамення. У 1688 році церква сильно занепала, і на її місці був споруджений Знаменський собор.

Будова типове для храмів 17 століття, хоча його архітектурні форми більше схожі на ярославські, ніж на традиційні московські. Собор розташований в безпосередній близькості від церкви Спаса Преображення, і від цього сусідства ще більше помітна його відмінна архітектура.
Храм четырхстолпный, традиційний для російської храмобудування 17 століття, п'ятиглавий. Він складається з подклета, двоповерхової обхідний галереєю і трьох апсид. Фасади розділені лопатками і увінчані помилковими закомарами, багато прикрашеними живописом. По периметру закомар поміщений фриз, зі специфічним для московських і костромських будівель малюнком. В дусі ярославської традиції храм усіяний зовнішньої і внутрішньої стінописом. Розпис присутня навіть на склепіннях ганку, на святих воротах, півкругах карниза. Розпис була виконана іконописцем І.Бахматовим. Йому допомагали 30 художників з Костроми. На відміну від традиційної новгородської школи, розпис Собору вийшла метушливо-реалістичною, навіть грубуватою. Безліч зображень рясніють візерунками і яскравими фарбами. Кожен малюнок виконаний як би окремо від інших і відрізняється від інших зображень. Незважаючи на це, при погляді на храм в цілому, відчувається велична гармонія.

Внутрішній розпис така ж своєрідна, з вираженим світським характером. На площі усієї західної стіни храму знаходиться зображення "Страшного суду". Одна з фігур розпису дуже схожа на Петра I. Крім розписів, в Соборі було ще й значна колекція старовинних ікон. З них, на жаль, збереглося лише декілька. Це відома нам ікона "Знамення Божої Матері" та "Спас Еммануїл", що зображає Христа в юнацтві, поруч з архангелами Михаїлом і Гавриїлом. Ще збереглися дві ікони, які відбуваються з іконостасу Собору. Сьогодні всі ці ікони зберігаються в Новгородських музеях.

Протягом століть у храмі неодноразово траплялися пожежі. Особливо сильно він постраждав під час Другої світової війни. Фашисти влаштували в храмі казарму, вони виламали підлоги. Від диму вогнищ сильно закоптилися фрески, стіни були зрешечені снарядами. Кожен раз будова ремонтувалося. Знаходилися багаті благодійники, які виділяли гроші на реконструкцію та реставрацію Собору. У 1950-ті роки займалася реставрацією храму Новгородська реставраційна майстерня. Вони зробили для собору нову покрівлю та відновили зруйновані деталі. Однак внаслідок всіх цих ремонтів храм дещо втратив свій первісний вигляд.

У цьому Знаменський собор не є чинним, але він відкритий, і його можна відвідувати як пам'ятка давньої архітектури і дивовижною монументального живопису. Однак завдяки тому, що в Соборі чудова акустика, у ньому часто звучить духовна і класична музика. Музика доповнює і як би відкриває монументальний архітектурний і художній ансамбль, надзвичайну красу стародавнього артистичного задуму.