Первое документальное упоминание о соборе относится к Лаврентьевской летописи под 1222г., когда на основании прежнего собора по велению владимирского князя Юрия Всеволодовича возводится третье здание, окруженное тремя притворами, выполняющими также роль укрепляющих стены контрфорсов. Собор был надстроен и украшен рельефными рисунками, женскими масками, резьбой, и опоясан аркатурой с колонками. Строительство длилось с 1222 по 1225гг., когда епископ Симеон заново освятил собор и переименовал его из Успенского в Богородице-Рождественский. В 1233г. интерьер собора был заново расписан фресками, а полы выложены терракотовой плиткой.
В 1445г. во время набега казанского хана собор горел, и своды его обрушились. Восстановления ждать пришлось долго: только в 1530г. по приказанию царя Василия III его разобрали до аркатурно-колончатого пояса и заново надстроили. Вместо трех глав теперь сделали пять, с высокими кирпичными световыми барабанами с узкими щелями-окнами. В таком виде, с некоторыми перестройками XVII-XVIII веков, собор сохранился до наших дней.
В 1634г. по распоряжению епископа Серапиона собор снова расписывают, при нем же в 1635-1636гг. строится придел святых Федора и Иоанна. При митрополите Илларионе разбирают огромные хоры, на которых размещалось 5 престолов: архангела Гавриила, Усекновения главы Иоанна Предтечи, великомученика Димитрия, Вознесения Господня и трех святителей (Василия Великого, Григория Богослова и Иоанна Златоуста).
Внутри собор не менее величествен, чем снаружи. Одна из главных его достопримечательностей – Златые врата - уникальный образец декоративно-прикладного искусства суздальских мастеров. При реставрации собора в 1938г. под руководством А.Д.Варганова и И.А.Столетова на стенах южной апсиды были обнаружены орнаменты времен Мономаха и уникальные древние фрески 1233 года.
Некрополь Рождественского собора представляет отдельный интерес. Среди захороненных под чугунными плитами пола есть члены известнейших боярских и княжеских родов, таких, как Шуйские, Шуйские-Скопины, Бельские. Там же покоятся сыновья Юрия Долгорукого - Иван и Святослав.
В 1930-х гг. богослужения в соборе прекратились, и начались научные и археологические исследования. К 1960-м гг. позднейшие обстройки были снесены и здание обрело вид XVI века, за исключением луковичных глав со звездами.
В августе 2005г. собор, долгое время бывший на реставрации, снова открылся. При реставрации в нем были обретены мощи святого Арсения Элассонского (1550-1635), архиепископа Суздальского и Тарусского, канонизированного в 1982г., которые были оставлены в соборе. Последним этапом реставрации было восстановление фресок и белого камня.