Собор построен в 1909 – 1912 гг. по проекту архитектора Владимира Покровского. Он создал оригинальный проект, приблизив его к архитектурным традициям древнего Пскова и Новгорода. Интерьеры собора, выполненные в духе церковного зодчества XVII столетия, поражали своей отделкой.
Собор двухэтажный: верхний храм освящен в честь Феодоровской иконы Божией Матери, покровительницы Дома Романовых, нижний пещерный храм – во имя преподобного Серафима Саровского, канонизированного в 1903 г. Убранство нижнего храма (архитектор Владимир Максимов) воссоздавало атмосферу пещерных храмов древних монастырей.
Феодоровский Государев собор был частью комплекса построек в стиле XVII века под названием «Феодоровский городок».
Считался полковым храмом Сводного пехотного полка и Собственного его императорского величества конвоя, а также был «приходом семьи императора».
В 1922 году собор был разграблен, в 1933-м - закрыт и переоборудован под кинозал. Здание сильно пострадало во время войны и в последующие годы. В 1991 г. Феодоровский собор был возвращен верующим и отреставрирован. Настоятель – епископ Царскосельский Маркелл.