На месте современного собора в XVI веке — начале XVII века деревянный храм, упоминаемый в описях Серпухова 1552 и 1620 годов. К 1649 году здесь же сооружена каменная церковь, предположительно работы ярославских мастеров.
В 1713 году по инициативе Михаила Попова, подьячего земской избы Серпухова, издаётся указ о строительстве нового каменного храма из известняка. Работы завершены в марте 1721 года. Сооружение состояло из увенчанного одной главой четверика с алтарной пристройкой, имевшей симметрично расположенные шатровые завершения над жертвенником и диаконником.
Очередной проект перестройки храма разработан в 1831 году архитекторами Таманским и Шестаковым. Строительство осуществлено с 1833 по 1857 год.
В 1929 году собор был закрыт, колокольня частично разрушена. Возвращён церкви в 1995 году. В 2005 году торжественно освящён после реставрации. Созданы два новых придела Богоматери «Поможение Родам» и Новомучеников Серпуховских.
Собор — представитель московского ампира. Материал строительства — кирпич, в элементах декора использован белый камень. Стены храма оштукатурены. Представляет собой четверик с одной апсидой и двумя боковыми папертями-портиками, несущий купольную ротонду. С запада к основному объёму постройки примыкают четырёхстолпная трапезная и многоярусная колокольня.
2 июня 1924 года храм посетил патриарх Тихон, присвоивший храму статус кафедрального.
На колокольне храма установлен самый большой городской колокол. Он был отлит в Ярославской области из сплава бронзы, серебра и меди. Весит колокол 5 тонн (язык 150 килограммов).
28 июля 2005 года храм посетил патриарх Московский и всея Руси Алексий II.
В советские годы в храме размещалась макаронная фабрика.
Кафедральный собор Николы Белого. Вид с юго-востока в тёмное время суток.
Симсон П. Ф. История Серпухова в связи с Серпуховским княжеством и вообще с отечественной историей: В 2 ч.: [С прил. грамот, относящихся к истории города]. — М.: Тип. Т. Рис, 1880. — [2], XII, 346 с, 6 л. ил., карт.
Гарин Г. Ф., Савоскул С. С., Шилов В. В. Серпухов. — М.: Моск. рабочий, 1989. — 303 с.
Некоторые внешние ссылки в этой статье ведут на сайты, занесённые в спам-лист.
Эти сайты могут нарушать авторские права, быть признаны неавторитетными источниками или по другим причинам быть запрещены в Рувики. Редакторам следует заменить такие ссылки ссылками на соответствующие правилам сайты или библиографическими ссылками на печатные источники либо удалить их (возможно, вместе с подтверждаемым ими содержимым).