Документально он известен с 1687 года, а уже в 1712—1731 годы был перестроен в камне на средства его прихожанина полковника Воронецкого и царевны Прасковьи Ивановны. Кирпич на него пожаловал лично Петр I. Строительство растянулась надолго, и он был освящен только в 1731 году.

В конце XVIII столетия прихожанами старого петровского Богоявленского храма стала семья Пушкиных. Известно, что великий поэт родился в Немецкой слободе и был крещен в старом Богоявленском соборе в 1799 году. Старый петровский собор простоял до середины XIX века. В 1830-х годах началась его перестройка. И в октябре 1853 года обновленный, красивый, величественный Богоявленский собор был освящен.

После революции этот храм не закрывался. В праздник Сретения в 1925 году торжественную Литургию в нем служил Святейший Патриарх Тихон.

А в феврале 1935 года Бауманский райсовет, ссылаясь на «наказы избирателей», постановил открыть в Богоявленском соборе один из крупнейших кинотеатров города. К счастью, этому решению не суждено было сбыться. Вскоре из разрушенной Богоявленской церкви в Дорогомилове сюда переместилась кафедра Патриаршего местоблюстителя митрополита Сергия (Страгородского), который в сентябре 1943 года стал Патриархом. После кончины в 1944 году он был погребен в северном Никольском приделе собора.

В Богоявленском соборе на клиросе с юга от Царских врат главного престола покоятся мощи святителя Алексия, митрополита Московского.

Как известно, после смерти святителя похоронили в основанном им кремлевском Чудове монастыре, где его св. мощи почивали до самой революции. И в 1928 году при разрушении Чудовой обители они были перенесены сначала в закрытый Архангельский собор Кремля, а в 1947 году по просьбе Патриарха Алексия I (Симанского) и с личного разрешения Сталина были отданы вновь Православной Церкви и перенесены в Богоявленский собор в Елохове.

Когда в начале 1992 года Успенский собор Московского Кремля стал Патриаршим, Богоявленский собор сделался кафедральным.

В Благовещенском приделе Богоявленского собора погребен Святейший Патриарх Московский и всея Руси Алексий II.