Храм построен в 1873 году как благодарность Богородице за избавление местных жителей от эпидемии чумы и холеры. По преданию, во время вспышки болезней на воротах одной из усадеб явилась чудотворная икона Богоматери и положила конец гибельному недугу в городе. На месте этого дома позднее и построили собор, а образ получил название Боголюбской иконы Божией Матери «Козловской» (по прежнему названию Мичуринска). Храм возведен в русско-византийском стиле по проекту архитектора Константина Тона. Здание лишено обильного декора, но при этом имеет величественный и монументальный вид. При соборе был основан женский монастырь, но после революции обитель и церковь закрыли. Возобновились службы здесь в 1990-х годах. Храм, потерявший свой облик и интерьеры в советское время, постепенно восстановили, и сегодня его одновременно могут посетить около пяти тысяч человек.
