С конца XVIII века исповедующие православие рижане обращались к властям с просьбами выделить средства на строительство в Риге крупного православного храма. По разным причинам решение откладывалось. Лишь в 1874 году российский император Александр II выделил деньги на строительство Христорождественского кафедрального собора. Спроектировал храм в неовизантийском стиле зодчий Роберт Пфлуг. Строительство началось на свободном участке нынешнего парка Эспланада, хотя по официальным документам вести подобные работы было запрещено.
Александр II подарил церкви двенадцать колоколов. Крупнейший из них был назван в честь князя Александра Невского и весил более восьмисот двадцати пудов. Когда выяснилось, что в звоннице все колокола разместить не удастся, российский император выделил дополнительные средства на создание колокольни. После окончания строительства было подсчитано, что на возведение Христорождественского собора потрачено более полумиллиона рублей.
В росписи иконостаса и оформлении интерьера церкви принимали участие видные живописцы. Среди них был ректор Петербургской академии художеств Пётр Михайлович Шамшин. Известный российский художник Василий Васильевич Верещагин написал икону первого яруса главного иконостаса и еще три иконы, а также создал роспись Царских врат.
В новом православном храме богослужения для рижан разных национальностей вели на четырёх языках: церковнославянском, латышском, эстонском и немецком. По сохранившимся сведениям, в 1894 году в соборе провёл богослужение протоиерей Иоанн Кронштадтский, причисленный ныне к лику святых.
В 1917 году Ригу в первый раз заняли немецкие войска. Чтобы превратить церковь в лютеранскую кирху, оккупанты решили срезать часть перекладин восьмиконечного православного креста, украшавшего купол храма. По легенде, в тот самый миг, когда немецкий военный почти завершил убирать «лишние» части креста, резак выскочил у него из ладони и отпилил ему кисть.
В годы Гражданской войны значительная часть церковной утвари была украдена, а иконостасы уничтожены. Чтобы остановить осквернение собора, архиепископ Иоанн устроил себе жильё в подвале, соорудив там простую печку. Он собрал и сберёг все, что ещё не успели утащить из храма.
По окончании Гражданской войны прихожане начали потихоньку, преодолевая большие трудности, восстанавливать убранство Христорождественского собора. Сначала любая служба должна была проводиться только с позволения правительства. Богослужения на церковнославянском и латышском языках стали ежедневными только с Рождества 1922 года. Во время Великой Отечественной войны храм вновь был разрушен, а по окончании начался новый этап его восстановления.
В 1963 году Совет Министров распорядился закрыть собор. По одной из версий внутри установили межэтажные перекрытия и разместили светские учреждения, в том числе кафе под названием «Божье ухо» и Планетарий. Чуть позже здесь оборудовали помещение для студенческих заседаний Республиканского Дома знаний, их посещало приблизительно 500 тысяч человек в год.
После распада Советского Союза в 1991 году храм вернули верующим. Восстанавливать все внутреннее убранство пришлось с нуля, так как ни одна фреска и роспись не подлежали реставрации, в свое время их закрасили масляной краской. Сейчас «трижды воскресший» Христорождественский кафедральный собор вновь играет важную роль в духовной жизни Риги.