Храм Казанской иконы Божией Матери является самой ранней по времени возникновения в городе Кириллове (опись Кирилло-Белозерского монастыря от 1668 года). К моменту составления описи деревянная церковь была ветхой и в 1700 году на месте деревянного было решено построить новый полукаменный храм (его можно увидеть на гравюре в 1720 году Мартына Несторовича Нехорошевского).

В 1579 году произошло чудесное явление иконы Пресвятой Богородицы в граде Казани. Икона стала почитаться как чудотворная. Именно перед Казанской иконой Божией Матери молились князья Минин и Пожарский перед освобождением Москвы от интервентов-захватчиков в Смутное время. К середине 17 века почитание Казанской иконы Божией Матери распространилось на всю Россию. В этой связи жители Кириллова построили храм в честь Казанского образа Богородицы.
В 1776 году подмонастырская слобода получила статус города, Казанская церковь стала собором и встал вопрос о расширении собора. Проект выполнил Александр Иванович Старов, старший сын знаменитого зодчего Ивана Егоровича Старова (зодчий Таврического дворца, собора Александро-Невской лавры и др. шедевров в Санкт-Петербурге). Придел холодного храма был построен за пять лет (1820 — 1825 г.г.).
Старовский проект логично завершил объединение разновременных и стилистически разнородных объемов. Казанский собор наиболее профессиональная в архитектурном отношении церковная постройка города, его строгий и непритязательный облик удачно соотносится с суровой красотой монастырских стен и башен. В целом архитектура собора выдержана в стиле строгого классицизма.
Послереволюционное время в 1935 году Казанский собор был закрыт. В храме сначала разместили электростанцию, а затем винзавод, который просуществовал до 1991 года.
Богослужебная жизнь в Кириллове началась с открытия в 1991 году православного прихода в Казанском соборе. Были выделены средства на реставрацию храма (выполнены работы по частичному укреплению стен, сводов, колонн, демонтирована кровля на крыше). В 1999 году приход Казанской Божией Матери был закрыт. Богослужебная жизнь переместилась в Кирилло-Белозерский монастырь. Казанский собор снова оказался в запустении.
Новая жизнь Казанского собора началась с сентября 2014 года указом Управляющего Вологодской епархией образован православный приход храма Казанской иконы Божией Матери г. Кирилова.
В скором времени храм был расчищен от мусора, прибран, обустроено помещение в алтарной абсиде для совершения регулярных богослужений. В приходе появились первые писанные иконы, община стала жить полноценной литургической жизнью. Несмотря на то, что силами прихода храм был законсервирова, но он все равно продолжал разрушаться, появилась опасность обрушения одного из фронтонов храма. В связи с чем, благодаря поддержке Правительства Вологодской области, в 2018 году были проведены противоаварийные работы отремонтирована кровля, осуществлена консервация южного портала.
В 2022 году храм стал объектом попечения Фонда «Наследие Русского Севера». В скором времени был заключен договор на создание проекта и рабочей документации для последующей реставрации храма. Работа была распределена на два этапа, в 2023-2024 годах фонд привлек 14,9 млн рублей для оплаты необходимой документации. В настоящее время вся необходимая для реставрации Казанского собора документация подготовлена она прошла историко-культурную экспертизу. Сметная стоимость восстановления собора составляет 300 млн рублей. Приглашаем всех неравнодушных вложить свою лепту в дело восстановления храма. Сохраним наше наследие вместе.