Возведение каменного здания завершилось к 1824 году, когда город посетил император Александр I. В соборе хранилась чудотворная Казанская икона Божией Матери, подаренная первопоселенцам царем Алексеем Михайловичем. Первохрам был взорван в 1934 году, его возрождение началось со строительства часовни во имя Всемилостивого Спаса в 2000 году.
Первый камень в основание Спасского кафедрального собора был заложен в 2010 году.
Восстановленный храм выполнен в стиле классицизма и может вместить до 5 тыс. прихожан.
В Первохрам перенесены мощи святителя Иннокентия Пензенского и Казанская-Пензенская икона Божией Матери. 19 июня 2022 года Святейший Патриарх Московский и всея Руси Кирилл провел великое освящение возрожденного Спасского собора. Храму был присвоен статус кафедрального. В настоящее время специалисты мастерской «Царьград» ведут работы по внутренней росписи здания.
В 2020-2022 годах на своем первоначальном месте также была восстановлена Евлампиевская церковь-усыпальница, где были перезахоронены останки пензенских архипастырей XIX века. Первоначально небольшая однокупольная церковь в русском эклектическом стиле, вплотную примыкавшая к южному, правому приделу Спасского кафедрального собора, была построена в 1880-1882 годах.
