Православный собор был построен в 1907 году в честь небесного покровителя всех оружейников архангела Михаила (строительство велось с 1897 года) на средства рабочих Ижевского завода, которые возводили его «всем миром», перечисляя по 1 копейке с каждого заработанного рубля. Постройка собора обошлась по тем временам в весьма внушительную сумму - 350 тысяч рублей, что составило около 10 тысяч среднемесячных зарплат заводского рабочего.
4 ноября 1915 года состоялось торжественное освящение собора. Храм, возведенный по проекту архитектора И.Чарушина и расположенный в самой высокой точке Ижевска, был центром уникального храмового ансамбля столицы Удмуртии. Собор поражал современников величественностью и размерами. Он был выдержан в «византийском» («русском») стиле, типичном для XIX века, и напоминал храм Василия Блаженного в Москве. Этот стиль характеризует белокаменная отделка на фоне узорной красной кирпичной кладки, многоугольность планировки.
В строительстве собора принимали участие мастера со всей России: вятские архитекторы, московские и елабужские иконописцы, питерские резчики. Известно, что аналойные образа, иконостасы, иконы писал московский мастер-иконописец В.П.Гурьянов, рекомендованный известным художником В.М.Васнецовым. Внутреннюю роспись проводил П.К.Шустов, мастер церковной живописи из г. Елабуги. Главный колокол отлили из старинных пушек на заводе «Братья Приваловы» в 1899 году.
Первое богослужение, совершенное в храме 4 ноября 1907 года, было призвано восстановить мир и духовное спокойствие мирян после революции 1905 года, и ознаменовывало единение государства, общества и церкви.
Собор имел многоплановое значение для Ижевска. В культовом отношении он являлся самым великолепным и вместительным храмом. В художественном, архитектурном плане собор завершил создание единого христианского пространства городских ансамблей. Наконец, он был самым высоким зданием Ижевска.
После революции его неоднократно закрывали, однако по просьбам верующих храм удавалось открыть вновь. Так продолжалось до 1937 года, когда власти приняли окончательное решение о его разрушении.
Впервые вопрос о возрождении Свято-Михайловского собора встал в 1995 году, а уже в 1996 году попечительский совет по восстановлению храма возглавили глава республики А.Волков и митрополит Ижевский и Удмуртский Николай. Было решено, что воссоздание Свято-Михайловского собора будет осуществляться за счет средств предприятий и организаций Ижевска, а также на пожертвования граждан. Храм начал возводиться в 2004 году, а 5 августа 2007 года его освятил Святейший Патриарх Московский и всея Руси Алексий II.
Для придания собору окончательного первозданного вида по описанию и сохранившимся фотографиям был воссоздан и заново расписан палехскими мастерами трехчастный иконостас. При написании ликов святых были использованы исторические изображения Амбросия Сарапульского, Виктора Глазовского и епископа Ижевского Стефана. Уникален также цельно-керамический иконостас нижнего крестильного храма.
В апреле 2010 года все работы по росписи и внутреннему убранству были завершены, теперь Свято-Михайловскому собору возвращен исторический облик.
