Инициатором строительства собора был митрополит Киевский и Галицкий Филарет (Амфитеатров), который в 1852 году обратился с письмом к императору Николаю I с предложением, построить в Киеве храм-памятник Св. Владимиру к 900-й годовщине крещения Руси, которая праздновалась в 1888 году. Средства предполагалось взять общественные. В следующем году император утвердил соответствующий доклад Священного Синода и был создан строительный комитет, в который вошли преимущественно духовные лица.
Проектирование храма было поручено архитектору Ивану Штрому. Этот столичный архитектор много строил в Киеве. Ему, в частности, принадлежит здание кадетского корпуса (сейчас — здание Министерства обороны Украины на Воздухофлотском проспекте) и старое здание городского театра (деревянное, сгорело в 1896 году), в сотрудничестве с другими архитекторами он строил здание Присутственных мест около Святой Софии и кирху на Лютеранской улице.
Изначально место для строительства храма было определено в Верхнем городе, в пределах Града Ярослава (границы определяются сквером около Золотых ворот, Львовской площадью и Майданом Независимости). Однако в 1857 году в Киев прибыл император Александр II, который повелел перенести стройку на участок между Шоссейным бульваром (сейчас — бульвар Тараса Шевченко) и Фундуклеевской (сейчас — Богдана Хмельницкого) улицей. Главным достоинством этого места была близость к университету Св. Владимира, построенному ещё в 1843 году. Существует мнение, что место строительства собора было увязано с расположением железнодорожной станции. Это ошибка — станция была основана только в 1870 году и расположена довольно далеко от собора.
В 1859 году проект Штрома был одобрен строительным комитетом, а потом утверждён императором. Это было крестово-купольное сооружение в неовизантийском стиле с 13 куполами.
Как всегда, грандиозность планов была ограничена размером доступных средств. Масштаб сооружения явно не соответствовал количеству собранных денег (тем более что со смертью владыки Филарета активность церкви в сборе средств существенно сократилась). Потому в 1860 году строительный комитет поручил епархиальному архитектору Павлу Спарро (он, например, строил четвёртый ярус колокольни Софии Киевской) переработать проект в видах экономии. Спарро проект урезал до семи куполов. Надзор за строительством комитет поручил Александру Беретти, который внёс значительные свои изменения в проект.
Как и следовало ожидать, неоднократные перепланировки, а также экономия средств привели к немного ожидаемым последствиям — у семи нянек дитя без глаза. В 1866 году стены собора, выстроенные уже до куполов, дали глубокие трещины. Строительство пришлось остановить. Был создан комитет архитекторов во главе со Штормом, который назначил виновным Беретти. Действительно ли дело было в допущенных им ошибках в расчётах, неправильной организации работы или погрешностях первоначального проекта, мы, наверное, и не узнаем.
В 1875 году в Киев снова приехал Александр II. Обнаружив треснувшие стены и прогнившие леса, он изволил осерчать, сделал нагоняй губернатору Андрею Кривцову и потребовал достроить храм любой ценой.
Из Петербурга немедленно вызвали архитектора Рудольфа Бернгарда — признанного специалиста по математическим расчётам строительных конструкций. Он пересчитал проект заново и нашёл техническое решение для ликвидации трещин (путём пристройки боковых нефов, отменённых ещё Спарро экономии ради, и контрфорсов).
Непосредственное же осуществление работ было поручено легендарному киевскому архитектору Владимиру Николаеву, который был не только автором огромного количества жилых домов, но и своеобразной «инженерной скорой помощью» Киева, — он доводил до ума то, что другим не удалось. Николаев разработал проекты предложенных Бернгардом нефов (неф — вытянутая часть строения, отделённая от основного объема колоннадой).
В 1882 году строительство Свято-Владимирского собора завершилось. Возник вопрос о внутреннем оформлении собора, его росписях и интерьерах.
Задача эта была поручена профессору Адриану Прахову, который в это время руководил работами по восстановлению росписей Кирилловской церкви в Киеве и был соответственно ведущим специалистом по древнерусской фресковой живописи. Собор же хотелось оформить именно в соответствии со вкусами времён Владимира Крестителя.
Однако предложенный им проект был комитетом отклонён — показался слишком модерновым. Более классическое оформление было поручено разработать Владимиру Николаеву. Однако Прахов, будучи не только выдающимся учёным и организатором, но и не менее выдающимся интриганом, обратился к помощи бывшего обер-прокурора Синода и министра внутренних дел Дмитрия Толстого. Благодаря ему Прахов смог, через голову киевской комиссии, добиться одобрения проекта Петербургским археологическим обществом.
В 1885 году ему удалось сколотить уникальную артель «соборян», в число которых попали великий Виктор Васнецов, менее известные Павел Сведомский и Вильгельм Котарбинский, уже отличившийся при работах в Кирилловской церкви Михаил Врубель. Позже, в 1890 году, к ним присоединился молодой Михаил Нестеров, только что написавший своё бесподобное «Видение отроку Варфоломею».
Работа была длительной и невероятно сложной организационно. Приходилось постоянно согласовывать творческий порыв художников с разнообразными церковными и государственными инстанциями. Причём, поскольку собор был центральный, согласование шло особенно тяжело.
В результате, например, ни одна из творческих задумок гениального Врубеля реализована не была — их сочли слишком заумными. Поэтому его кисти принадлежат только растительные узоры на стенах…
Под угрозой было даже настоящее сокровище Владимирского собора и, безусловно, мировой шедевр — образ Богоматери на запрестольный апсиде (округлой части потолка над алтарём). Образ этот был совершенно нетипичным — до Васнецова так никто не рисовал. Ключевым моментом был маленький Иисус, раскинувший руки навстречу миру (Виктор Михайлович писал своего сына Мишу). Риск того, что изображение будет забраковано, был чрезвычайно велик.
Накануне посещения собора киевским митрополитом и чиновниками профессор Прахов рано утром решил лично обследовать (назовём это так…) оштукатуренную поверхность апсиды. Внезапно оказалось, что поверх штукатурки чудесным образом проступило пятно, полностью соответствующее васнецовскому рисунку Богоматери. Немедленно было организовано фотографирование, произошла совершенно случайная утечка в СМИ… Мог ли митрополит противиться выявленному знамению?
По сей день каждый, кто входит во Владимирский собор в час, когда солнечные лучи бьют в окна фасада, оказывается окружён золотым сиянием, в котором величаво плывёт объёмная фигура Богоматери с младенцем… Фантастическое, незабываемое зрелище.
Оформление собора сильно затянулось. К 1888 году работы завершены не были, что вызвало большое недовольство организаторов празднеств. Им пришлось ограничиться открытием памятника Богдану Хмельницкому, а ведь планировалось два открытия…
Освящение собора было запланировано на июль 1896 года, но перенесли ещё на месяц — ожидался приезд императора Николая II.
20 августа 1896 года митрополит Иоанникий наконец освятил Свято-Владимирский собор.
Церковная история собора дореволюционного времени не слишком интересна. В 1913 году в соборе проводились торжественные богослужения с участием патриарха Антиохийского и всего Востока Григория IV, а в марте 1917-го — торжественное богослужение памяти Тараса Шевченко. Надо, правда, помнить, что в это время Владимирский собор кафедральным не был. Митрополичья кафедра находилась в Софии.
При Советской власти имущество храма было национализировано, а колокола переплавлены. В акте, составленном в мае 1926 года историком Эрнстом, архитектором Осьмаком и настоятелем собора Викторовским, указывалось: «вся внутренность храма несет на себе отпечатки постепенного разрушения. Почти все картины во многих местах облупливаются, краски отпадают. (…) Внешний вид здания свидетельствует не только о постепенном разрушении собора, но и о прогрессирующем разворовывании».
В 1929 году храм был закрыт и превращён в Музей антирелигиозной пропаганды, состоявший из шести разделов: «Церковная торговля», «Культ Варвары», «Культ Владимира», «Религия и медицина», «История собора» и «Искусство на услужении церкви».
Вскоре, однако, там было размещено книгохранилище Академии наук и архивы. В 1937 году на месте храма было запланировано строительство новой Центральной городской библиотеки. Однако до сноса собора дело не дошло — сначала не было средств, а потом началась война.
Во время оккупации здание было отремонтировано и было запланировано его переосвящение (по некоторым данным, службы уже велись). Немцы, однако, сделать этого не успели, но успела Советская власть — в 1944 году Свято-Владимирский собор стал кафедральным храмом митрополита Киевского и Галицкого, экзарха Украины. В 1988 году тут проходила основная часть торжеств в связи с тысячелетием Крещения Руси.
При разделе церквей в 1992 году Владимирский собор достался УПЦ КП. Именно здесь проводит службы лжепатриарх Филарет. Сохранил он контроль над собором и после повторного раскола — уже новой церковной организации, созданной по настоянию Петра Порошенко.
Но, перестав быть церковью, собор не перестал быть памятником, и поток людей, желающих увидеть шедевры Васнецова, не иссякает.
