В конце XVII века, когда Соль Камская, играя ведущую роль в жизни Урала, достигла зенита своего развития, в ней развернулось большое каменное строительство. Пережив в течение двух с лишним веков несметное количество пожаров, жители города решили почти полностью отказаться от деревянных построек. В первую очередь, естественно, из камня и кирпича стали делать храмы.

Строившие собор мастера учли и непрочность грунта, и расположенность здания на затапливаемом месте. Поэтому, складывая стены храма из кирпича, они поставили их на фундамент из мергелистого известняка, а подошву фундамента уложили на продольные лежни забитых в землю свай. Это придало сооружению необходимую устойчивость и предотвращало возможную деформацию его стен в дальнейшем.

Крестовоздвиженский собор возводили одиннадцать лет исключительно на средства соликамцев и освятили 25 июля 1709 года при стечении всех горожан. Престолы храма были освящены во имя Воздвижения Креста Господня, святителя Стефана, епископа Великопермского, и иконы Божией Матери «Знамение». Собор огромный - 60 на 26 метров. Поставлен он в низине, на самом берегу реки Усолки. Зодчие учли непрочность грунта и уложили фундамент на продольные лежни забитых в землю свай. Храм расположен на подклете, в котором был устроен винный подвал и «палатки для складки купеческих товаров». Выходы из них были прямо на Усолку, для удобства разгрузки судов, которыми эти товары доставлялись.

Собор одноэтажный и одноглавый. Декоративное оформление стен выполнено из лекального и фигурного кирпича и по свидетельствам специалистов, многие детали не имеют аналогов в древнерусском зодчестве.

Внутри собор был украшен стенной живописью с традиционными сюжетами – Рождество, Сретение, Богоявление, Тайная вечеря.

Иконостасов было три – по количеству приделов. Наиболее чтимые иконы переносили из зимнего собора в летний одновре́менно с переносом службы. На иконах этих были старинные венцы, предположительно греческой и венецианской работы, с камнями и финифтью. Один из них – с крупными жемчугами.

Отмечается, что Крестовоздвиженский собор был особенно богат, среди прочих соликамских храмов, напрестольными крестами. Была в нем и замечательная деревянная скульптура, часть которой вывезена в Пермь и хранится в художественной галерее. Всё остальное безвозвратно утрачено.

За свою историю Крестовоздвиженский собор много страдал от наводнений, пожаров и ураганов. Во время городских пожаров 1741, 1743 годов собор сильно пострадал от огня и был перестроен купцом Суровцевым, что внесло некоторые изменения в архитектурный облик храма.

В решении объемно-планировочной структуры соликамских храмов учитывалась и их торговая функция. Многие подклеты были оборудованы для хранения и продажи товаров. В Крестовоздвиженском соборе высокий подклет состоит из ряда "палаток", складских помещений с отдельными входами на реку. В прошлые времена здесь хранились купеческие товары, которые выгружались в расположенном рядом порту.

Из письма заместителю начальника Пермского областного управления культуры Митрополову Н. А. от директора Соликамского пивоваренного завода Слонова.

7 октября 1959 г.
"Необходимо отметить, что с проведением реконструкции цеха розлива мы будем иметь возможность увеличить выработку пива в два раза - чем самым ликвидируем привоз пива из Ленинграда так, как будем иметь возможность обеспечить потребность населения в пиве полностью своим заводом".

Пивзавод располагался в соборе довольно долгое время – до середины 90-х. К сожалению, деятельность пивзавода оказалась во многом разрушительной для этого памятника архитектуры: стирались и забеливались росписи сводов и стен, сносились некоторые конструкции, стены бездумно проламывались для вывода сливных труб и других инженерных сетей. В следствии чего, произошел размыв фундамента, здание получило четко выраженный наклон в сторону Усолки и на фасаде появились трещины.

В 2005 году начались работы по реставрации храма. Укрепили фундамент, восстановили кровлю трапезной и главы храма. Есть надежда на дальнейшую реставрацию. Храм пока не действует, но работы продолжаются, хотя сегодня Крестовоздвиженский храм больше нуждается в спасении. Нежели в реставрации (хотя и это конечно нужно).

Постоянное затопление подвалов храма водами реки Усолка приводит к разрушению фундамента исторического памятника.

В 2020 году подъем паводковых вод в Пермском крае стал самым сильным за всю историю наблюдений, в результате чего уровень реки Усолки поднялся очень высоко и затопил почти весь первый этаж Крестовоздвиженского храма.