Храм стоит на месте существовавшего с 1765 года заводского кладбища, где находилась Троицкая часовня, приписанная к первому ижевскому храму пророка Илии. В 1784 году часовня была перестроена в храм — в честь Святой Троицы; храм был разрушен пожаром в 1810 году. В половине XIX века среди ижевцев возникло особое почитание Архангела Михаила — святого покровителя генерал-фельдцейхмейстера великого князя Михаила Павловича — начальника всех оружейных заводов России; перед Александро-Невским собором города (1823) был построен и освящён памятник последнему. В 1855 году на месте прежней Троицкой церкви выстроена в византийском стиле большая каменная часовня 30-метровой высоты — в честь Архангела Михаила. В 1897 году состоялась торжественная закладка нового собора; основное строительство здания было завершено к 1907 году. 8 апреля 1937 года СНК УАССР принял решение о сносе здания Михайловского собора и вскоре собор был разрушен. 11 февраля 2000 года было принято совместное постановления Президиума Государственного Совета Удмуртской Республики и Правительства Удмуртской Республики, положившее начало воссозданию Свято-Михайловского собора. В мае 2004 года состоялось закладка в основание будущего собора освященного креста. В строительстве употреблялись новые технологии, среди прочего в нижних помещениях Собора появляется пещерный,крестильный храм, освященный в честь 4 римских мучениц - Веры, Надежды, Любови и матери их Софии. 16 мая 2007 года, в отдание праздника Пасхи, митрополит Ижевский и Удмуртский Николай (Шкрумко) совершил освящение нижнего храма в честь Веры, Надежды, Любови и матери их Софии. 5 августа 2007 года главный престол, посвященный Архистратигу Михаилу, был освящён Патриархом Алексием II, который совершил первую литургию в храме.