В 1903 году произошла торжественная закладка первого камня нового храма во имя Трех Святителей православной церкви — Василия Великого, Григория Богослова, Иоанна Златоуста. Строительство проходило по проекту и под наблюдением надворного советника, губернского архитектора П. Калинина. Средства собирались через добровольные пожертвования в приходских церквях, а также по подписным листам. Возведение собора продолжалось 11 лет и было закончено в 1914 году.
Храм со своими стройными строгими формами стал настоящим украшением города. Построен он в форме креста и имеет семь куполов, над входом — колокольня. Данное здание выполнено в псевдорусском стиле, в него можно войти с трех сторон – еще одна связанная с названием храма отличительная черта здания.
Во время нахождения в Могилеве Ставки (1915—1918) собор часто посещал император Николай II.
С перерывами, храм действовал до 1959 года. В 1961 году церковь, построенная на народные деньги, была закрыта — снесли колокольню, купола, кресты и основали здесь клуб завода «Строммашина». В помещении под музыку духового оркестра стали устраивать танцевальные вечера, а потом загремела городская дискотека «Резонанс».
Долгим и тяжелым был путь прихожан к возвращению храма. После восстановления Могилевской и Мстиславской епархии ее возглавил известный и авторитетный архиепископ Максим. Благодаря его стараниям, письмам и просьбам верующих через 30 лет, 25 декабря 1989 года, храм снова был освящен и начал действовать.
Настоятелем собора стал священник Свято-Крестовоздвиженского собора Геннадий Пацевич. За годы его службы в соборе произошло довольно много преобразований: открыта библиотека православной литературы, читальный зал, воскресная школа, образовано молодежное братство, восстановлены колокола. В 1995 году при кафердальном соборе по проекту архитектора А. Юрковца построен крестильный храм в честь святителя Георгия Конисского.
Главная святыня собора - список чудотворной иконы Божией Матери «Могилевско-Братская». В соборе находятся икона святителя Николая с частицами мощей, чтимые списки иконы Божией Матери "Белыничская" и иконы Божией Матери "Барколабовская", образ прп. Евфросинии Полоцкой, написанный в 1910 г. к событию перенесения и встречи в Могилеве святых мощей преподобной, переносившихся из Киево-Печерской Лавры в Полоцк.
