Постр. в 1660—61 по повелению царя Алексея Михайловича на средства кн. Ф.Ф.Волконского на месте старого храма в Заиконоспасском монастыре (осн. в 1600 царем Борисом Годуновым на земле, отошедшей от древнего Никольского монастыря, к-рая примыкала к Иконному ряду лавок, отсюда назв. - Заиконоспасский, официальное наименование монастыря — «Всемилостивейшего Спаса на Никольском крестце, что за Иконным рядом», др. назв. - «Спас на Старом месте, на песках»).

Заиконоспасский монастырь — один из исторических центров русского просвещения. С 1664 в нем работала школа для обучения латыни, руководимая церковным деятелем и писателем Симеоном Полоцким (погребен в соборе в 1680). Он был соавтором проекта находившейся в м. (1687—1814) Славяно-греко-латинской академии, в к-рой в 1731-35 учился М.В.Ломоносов. В 1814 преобразована в Духовную академию и переведена в Свято-Троице-Сергиеву Лавру, а в ее зданиях разместилось духовное училище. Напротив сев. фасада собора сохранился перестр. и надстр. третьим этажом Братский корпус (1886, арх. Н.А.Шер). С зап. к нему примкнуло здание Заиконоспасского духовного училища (1822, арх. О.И.Бове). Собор служил также академическим, затем — училищным храмом.

Собор — двухэтажный. Нижний храм — Спаса Нерукотворного Образа, верхний — иконы Божией Матери «Всех скорбящих Радость». В 1701 к нижнему храму пристр. трапезную. Перестр. в 1717-20 (арх. круга И.П.Зарудного). После пожара 1737 в 1742 проведены ремонтно-стр. работы под наблюдением И.Ф.Мичурина, не изменившие облик собора. В 1812 ограблен наполеоновскими войсками, устроившими в нижнем храме конюшню. Обновлялся в 1851. В конце второй четв. XVIII в. Coop. обходная галерея на колоннах, в 1851 вместо луковичной главки — ротонда-беседка с главкой. С сев. и зап. под папертью верхнего храма к нижнему храму пристр. двухэтажные кельи. В 1900 постр. колокольня (арх. З.И.Иванов).

Памятник московского барокко эпохи Петра I. Ярусный, двусветный, четырехугольный в плане храм, с крестчатым сводом и высоко поднятым восьмиугольным барабаном главы. Барабан окружает небольшая галерея-гульбище со смотровыми площадками, огражденная балюстрадой. Такая же балюстрада идет по периметру перекрытия основного здания. Малый восьмиугольный барабан в 1851 увенчан декоративной главкой. Декор внешнего оформления — классический пилястровый ордер. Стены завершены полуглавиями. На ребристом куполе — люкарны. Стены внутри
верхнего храма были богато расписаны изображениями на сюжеты Ветхого и Нового Заветов, а на внешней и внутренних сторонах стен нижнего храма — надписи на разных языках (XVII—XVIII вв.). В нижнем храме погребены: иеромонах Симеон Полоцкий (надгробная эпитафия написана его учеником и преемником, писателем, богословом Сильвестром Медведевым); богослов, один из основателей Академии, Иоанникий Ликуд (ск. 1717) с надписью на гробнице, сделанной его братом Софронием; ректор Академии игумен Палладий Роговский (ск. 1703).

После 1917 м. закрыт. В 1920-х собор был захвачен обновленческим «Союзом церковного возрождения», в 1929 закрыт. В помещениях м. (в т.ч. в соборе) находились различные учреждения и склады. В 1924 разобран верхний ярус колокольни. В 1935 взорван монастырский собор Николая Чудотворца (1727—36). До наших дней из монастырских строений сохранились Спасский собор, Братский корпус и здание духовного училища.

В 1960-х собор отреставрирован.

Возвращен РПЦ в 1992.
При храме — воскресная школа для детей.
К собору приписана башня-колокольня в русско-византийском стиле (1902, арх. Г.А. Кайзер) быв. Никольского (Николаевского) греческого монастыря (осн. в 1390 под назв. «Никола Старый Большие главы»), к-рый находился рядом с Заиконоспасским м. В 1669 пожалован на вечное владение греческим инокам Афонского Иверского м. Нижний ярус колокольни включил в себя остатки Святых ворот (XVII—XVIII вв.). Монастырь закрыт в нач. 1920-х.