Внук Юрия Долгорукого князь Святослав Всеволодович построил собор в 1230–1234 годах. По преданию, князь лично проектировал храм и руководил строительством. Храм крестово-купольный, в классической византийской традиции.
По образу Георгиевского собора в 1326 году в Москве построили Успенский собор.
К 1471 году храм обвалился. Из Москвы вызвали каменщиков для реставрации. В ходе ремонта строители допустили ошибку, из-за которой заново отстроенный храм оказался в два раза ниже первоначального. Из-за этого полностью утрачена резьба на стенах.
В 1781 году к храму пристроили колокольню, в 1817 году расширили Троицкий придел. В 1889 году настоятель храма Александр Зиминский решил освободить храм от поздних пристроек. В 1915 году вместо Троицкого придела построили Троицкую церковь, однако колокольню и придел так и не разобрали.
В 1923–1936 годах под руководством историков и реставраторов Игоря Грабаря и Петра Барановского храм отреставрировали, разобрали колокольню и придел.
Храм открыт для посещений. Внутри сохранились фрагменты резных каменных плит. Главная святыня — Святославовский крест.