Храм заложен в мае 1933. Идея сооружения православной церкви на французской концессии Шанхая возникла у архимандрита Симона (Сергей Виноградов), в период, когда там стали селиться русские эмигранты. Он сам предложил план храма. Но претворить эту мечту пришлось епископу Виктору (начальнику Российской духовной миссии в Китае). Деятельное участие в возведении сооружения принял новый епископ шанхайский Иоанн (Максимович), ставший председателем технического совета. Авторы проекта арх. Б. И. Петров и архитектор-художник Я. Л. Лихонос. Строительно-техническое руководство осуществляли инженеры Н. А. Белановский, Б. Ф. Зинзинов, Ф. А. Захаров, П. П. Унтербергер, А. В. Куклин, Ю. А. Юрьев. По окончанию работ в 1936 они были награждены медалью Российской духовной миссии.

В. Д. Жиганов, составитель и издатель известного альбома «Русские в Шанхае», писал, что «внешностью храм несколько напоминает собою разрушенный большевиками в Москве храм Христа Спасителя», воспринимавшийся в свое время Храмом нации. Идея шанхайского собора заключалась в создании в русском зарубежье Храма, олицетворяющего посредством известных знаковых форм возрожденную православную Россию. Нравственно-этическим смыслом было наполнено и посвящение храма Богоматери – символы безграничного милосердия, жертвы и заступничества.

Архитектор Я. Л. Лихонос явно проводит архитектурно-образные параллели и с санкт-петербургским храмом иконы Казанской Божьей Матери при подворье Пекинской православной миссии (епархиальный арх. А. П. Аплаксин, 1911–1913, не сохранилась), ориентированную на новгородские памятники XI–XIII веков. Значительный по размерам шанхайский храм, рассчитанный на 2 500 человек, архитектурно решен в неорусском стиле. Связь с историческими прототипами – памятниками древней новгородской архитектуры носит ассоциативный характер. Новые архитектурные черты проявились в композиционном контрасте крупных, лаконичных форм, циклопичности скульптурного объема и скупой обработке фасадов. Шлемовидные купола вызывают ассоциации со шлемами былинных витязей. Декоративные детали ограничиваются графичными аркадами поясов в подкарнизной части куполов. Выразительный силуэт, немногочисленные окна арочной и шелевидной формы подчеркивают первозданность фасадных плоскостей. Храм крупной градостроительной доминантой в структуре жилой застройки Шанхая.

В воспоминаниях о кафедральном соборе Божьей Матери звучало восхищение его величием и оригинальностью. После того как русские в основном покинули Шанхай, храм еще долгие годы выполнял утилитарные задачи местного населения.

В последнее время в нем произведены реставрационно-восстановительные работы, и он используется для проведения художественных выставок. Высказывается идея создать в нем постоянную экспозицию европейской культуры в Китае (сведения на май 2010).