Свято-Ильинский собор возводили в начале XIX столетия на месте деревянной кладбищенской церкви, сгоревшей после попадания в нее молнии. Строительство профинансировал архангельский купец Яков Никонов. Одновременно с основным собором возводили и колокольню, в основании которой поместили богадельню и сторожку. В 1809 году новый храм торжественно освятили.
С момента своего основания церковь несколько раз подвергали капитальному ремонту. В 1845 году к собору пристроили теплый придел в честь иконы Божией Матери «Всех скорбящих радости». После революционных лет и войны с религией храм пережил разруху и запустенье, которые сказались на внешнем виде постройки. От первоначальных росписей стен практически ничего не сохранилось.
Поводом к возрождению церковной жизни послужила Великая Отечественная война. Коммунисты прекратили гонения на верующих людей и разрешили им молиться в обветшавшем храме. В 1944 году Свято-Ильинскому собору присвоили статус кафедрального.
Главными достопримечательностями Свято-Ильинского собора являются главный Ильинский и малый Скорбященский иконостасы, выполненные в нетрадиционном для церквей Крайнего Севера стиле барокко. Сохранилась до наших дней и икона Божией Матери «Всех скорбящих радости».
