В 1865-1866 годах на этом месте построили деревянный Михайло-Архангельский храм. Здание по проекту архитектора Г.А. Прейса было возведено в память о великом князе Михаиле Павловиче, владельце Ораниенбаума.
В 1905-1907 годах к церкви по проекту архитектора Н.А. Фролова пристроили каменную колокольню высотой в три яруса. Она не сочеталась с деревянным храмом, поэтому было решено перестроить его в камне. Проект собора в неорусском создал архитектор А.К. Миняев, строительство велось в 1911-1914 годах. В 1908-1930 годах настоятелем был протоиерей Иоанн Разумихин, расстрелянный в 1931 году и причисленный к числу священномучеников.
В 1932 году церковь закрыли и превратили в склад, куда делось её внутреннее убранство — неизвестно. В 1988 году храм передали Русской православной церкви, его реставрация завершилась в 1992 году. Собор Михаила Архангела открыт каждый день с 09:00 до 18:00 (по пятницам и субботам — до 19:00 и 20:00 соответственно). Литургии с четверга по воскресенье начинаются в 10:00. Неподалёку расположен вход в дворцово-парковый ансамбль Ораниенбаум.
