Официальная закладка собора состоялась 15 июля 1854 г., в разгар Крымской войны. До начала обороны города оставалось два месяца. За это время успели вывести фундамент будующего собора, соорудить стены и своды подвального этажа с цоколем. В дни осады строительство собора было приостановлено. История распорядилась так, что еще до окончания его сооружения собор, заложенный как культовое учреждение, стал местом захоронения выдающихся русских адмиралов. В 1851 г. на этом месте, в специально построенном склепе, похоронили адмирала М.П. Лазарева. Замечательный флотоводец, учитель и воспитатель целой плеяды прославленных моряков за 17 лет своей деятельности в должности главного командира Черноморского флота много сделал для его укрепления, отдал немало сил строительству и благоустройсву города. В 1849 г. М.П. Лазарев тяжело заболел, выехал для лечения за границу.

Он скончался в Вене 11 апреля 1851 г. Похоронить адмирала было решено на самом видном месте в городе Севастополе, некогда намеченном самим Лазаревым для строительства Владимирского собора. Во время Крымской войны в склепе будующего храма былихоронены достойные ученики Лазарева - адмиралы В.А. Корнилов, В.И. Истомин, П.С. Нахимов, погибшие па бастионах Севастополя.После Крымской войны работы по возведению собора возобновились, но лишь в 1881 г. закончено сооружение нижней циркви, а в 1888 г. - завершено строительство верхней. В ходе строительства первоначальный проект известного архитектора К.А. Тона, предполагавший постройку пятикупольного собора, был заменен проектом академика архитектуры А.А. Авдеева.Здание сооружено из инкерманского камня, его высота (с крестом) - 32 м 55 см. Наружные колонны сделаны из диорита. Для облицовки внутренних колопн использован каррарскнй мрамор.Снаружи в стены северного и южного фасада вмонтированы четыре мемориальные плиты с именами погребенных адмиралов, датами их жизни.Расположенные в нижней церкви собора захоронения объединены общим надгробием в виде большого креста из черного мрамора. На мраморе запечатлены имена героев, даты их смерти. Вдоль северной и южной стен погребены и другие адмиралы - участники обороны Севастополя: П.А. Карпов. П.А. Перелешин, В.П. Шмидт...

Всего в нижнем храме одиннадцать захоронений. На внутренних стенах собора свинцовыми буквами записаны имена офицеров, особо отличившихся при обороне и удостоенных ордена Св. Георгия.Богатая фресковая роспись была выполнена известным художником академиком А.Е. Корнеевым, орнаментальная роспись стен и свода - швейцарским художником Р. Изелли, мраморные работы (облицовка колонн, иконостас, клиросы) - итальянским скульптором из Каррары В.БонанниВерхний храм, расписанный золотом и серебром, предназначался для офицеров и их семей.Во время Великой Отечественной войны Владимирский собор был разрушен. Его восстановление было начато в 1966 г. В астоящее время собор является действующим.