В 1852 году митрополит Филарет (Амфитеатров) высказал идею построить в Киеве собор, посвященный 900-летию Крещения Руси. Эта мысль очень понравилась императору Николаю I, одобрившему проект. По всей стране начался сбор пожертвований на строительство храма, и уже к сентябрю 1859 года было собрано около 100 тысяч рублей. А Киево-Печерская лавра пожертвовала на строительство миллион кирпичей, произведенных на собственном кирпичном заводе.

Первоначальный проект собора принадлежал петербургскому архитектору И.В. Штрому и киевскому епархиальному архитектору П.И. Спарро. Позднее этот проект основательно переработал архитектор А.В. Беретти.

Собор был посвящен крестителю Руси – святому князю Владимиру. Внешний и внутренний облик храма задуман архитекторами в старовизантийском стиле – таким, какими строили церкви во времена Владимира Святого и Ярослава Мудрого.

Владимирский собор был заложен в 1862 году, но его строительство, осложненное техническими трудностями, растянулось почти на тридцать лет. Возведением здания руководил академик В.Н. Николаев при участии архитектора К.Я. Маевского и инженера Д. Биркина. В процессе затянувшегося строительства в его проект архитектором Р.Б. Бернгардтом были внесены некоторые изменения.

Торжественное освящение состоялось 20 августа 1896 года в присутствии императора Николая II и императрицы Александры Федоровны.

Владимирский собор представляет собой шестистолпный храм с тремя апсидами, увенчанный семью куполами. Длина здания составляет 55 м, ширина – 30, а высота вместе с крестом – 49 м. Фасад здания украшают мозаики работы художника А.Н. Фролова. На массивных бронзовых дверях главного портала можно видеть литые рельефы с изображениями княгини Ольги и князя Владимира Святого.

Владимирский собор в Киеве – блестящий образец синтеза искусства и архитектуры. Славу памятника выдающегося культурного значения храм получил прежде всего благодаря своим уникальным росписям. Собор расписывала группа выдающихся художников: В.М. Васнецов, М.А. Врубель, М.В. Нестеров, П.А. Сведомский и В.А. Котарбиньский под общим наблюдением профессора А.В. Прахова. Припоминая историю древнерусской живописи, Прахов в шутку называл Васнецова и Нестерова «греческими живописцами», а Сведомского и Котарбиньского – «фряжскими живописцами»: Васнецов и Нестеров придерживались традиционной русско-византийской манеры церковного письма, а учившиеся в Риме и Дюссельдорфе Сведомский и Котарбиньский явно тяготели к европейской художественной школе. А.В. Прахов является автором проектов ряда деталей интерьера, в частности – бронзовых входных дверей. В украшении интерьера собора мозаиками принимали участие и мастера из Венеции.

Общая тема живописи собора – «Дело спасения нашего». Об этом повествуют как масштабные композиции на евангельские темы, так и символично изложенная история русской церкви: ее символизируют тридцать фигур святых – мучеников, епископов, князей, святых жен, Христа ради юродивых.

Главная роль в создании храмовой росписи принадлежит В.М. Васнецову – он исполнил 15 композиций и 30 отдельных фигур. Васнецов расписывал главный неф собора, в котором, кроме евангельских сюжетов, большое место занимают масштабные исторические композиции «Крещение князя Владимира» и «Крещение киевлян», а также портреты князей Александра Невского и Андрея Боголюбского, княгини Ольги. Кисти Васнецова принадлежит центральная композиция в алтаре храма – Богоматерь с Младенцем.

Для того, кто впервые входит в собор, самым сильным впечатлением становится образ Богоматери. В мерцающем золотом полусвете, на облаках, холодно и нежно освещенных зарей, Богоматерь легко и неторопливо идет навстречу зрителям: Царица Небесная несет грешному миру своего Сына…

Традиционный образ Богоматери получил под кистью Васнецова необыкновенно оригинальную и своеобразную трактовку. Этот образ называли «Васнецовской Богоматерью». Ее большие, полные печали и любви карие глаза ласково смотрят на зрителя. Необыкновенно прекрасно ее бледное, озаренное внутренним светом лицо. Весь образ наполнен любовью и человеческой красотой.

Первоначально эскизы росписи Владимирского собора готовил М.А. Врубель, но они не были приняты в качестве окончательного варианта. Кисти Врубеля принадлежат лишь росписи правого нефа собора. Авторству М.В. Нестерова принадлежат 4 иконостаса боковых нефов, композиции «Рождество» и «Воскресение» на стенах хоров и композиция «Богоявление» на стене крещальни, а также ряд икон главного храма и приделов. Среди них особенно выделяются иконы святых князей Бориса и Глеба и святой княгини Ольги. Написанный на фоне характерного «нестеровского» пейзажа, образ князя Глеба исполнен печальной поэзии – как будто предчувствие близкой смерти от руки убийцы ложится отсветом на одухотворенное лицо молодого князя…

П.А. Сведомский и В.А. Котарбиньский вдвоем исполнили 18 композиций и 84 отдельных фигуры росписи собора. Среди них выделяются полные драматизма и трагического пафоса, отличающиеся необыкновенным реализмом, композиции «Тайная вечеря», «Христос перед Пилатом», «Распятие» (автором первых двух является П.А. Сведомский), яркие образы-князей Андрея Боголюбского и Игоря Святославича, героя «Слова о полку Игореве».

Иконостас собора изготовлен из дымчато-серого каррарского мрамора. Разноцветные мраморы из Италии, Франции, Бельгии, России и Испании украшают интерьер храма. Из мрамора выполнен и мозаичный пол собора. Богатую серебряную утварь для Владимирского собора изготавливала известная ювелирная фирма Хлебникова.

Владимирский собор сразу привлек внимание современников. Его художественные достоинства горячо обсуждались, о них много спорили, но то, что в этом сооружении нашел свое яркое и мощное воплощение стремительный взлет русского искусства конца XIX века, никто не оспаривал. Современники единодушно назвали Владимирский собор в Киеве «первым вдохновенным произведением русского религиозного искусства».