Katedra Św. Michała jest zabytkiem architektury o znaczeniu lokalnym i świątynią Cerkwi Prawosławnej Ukrainy. To właśnie w Katedrze Św. Michała ochrzczono Światosława Richtera.
Katedra została zbudowana w 1856 roku na koszt żytomierskiego kupca Michała Chabotina. Całkowity koszt kościoła był ogromny – około 37 tysięcy rubli – to prawie dwa razy więcej niż roczny budżet Żytomierza. W 1856 r. konsekrowano Katedrę Św. Michała.
Po śmierci dobroczyńcy został pochowany pod ołtarzem kościoła. W latach sowieckich jego szczątki zostały barbarzyńsko wykopane, po czym ich los jest nieznany.
Po rewolucji październikowej i do 1927 r. cerkiew funkcjonowała jako świątynia ukraińskiej autokefalicznej wspólnoty prawosławnej. Następnie budynek kościoła był przez długi czas wykorzystywany przez władze sowieckie jako magazyn. W czasie II Wojny Światowej Niemcy przechowywali tu skonfiskowane radia, potem zwrócili kościół wiernym, działał do 1960 roku.
Następnie rozebrano niewielkie kopuły świątyni i zniszczono dzwonnicę, a na jej miejscu wzniesiono piętrowy budynek biurowy. Przez długi czas tutaj istniało towarzystwo regionalne «Wiedza», a później – teatr lalek. W piwnicy znajdował się magazyn sklepu «Towary Sportowe».
Dnia 21 listopada 1991 r. pomieszczenia kościelne zwrócono wspólnocie wyznaniowej i rozpoczęły się nabożeństwa. Z okresu posadowienia kościoła na ścianach katedry zachowały się dwa fragmenty ikonografii wykonanej w XIX wieku.
W 2017 r. w pobliżu katedry wzniesiono pomnik metropolity Hilariona (profesora Iwana Ogienki).
Katedra Św. Michała w Żytomierzu jest jedną z architektonicznych perełek miasta. Planuje się wykonanie malowideł na trzystu metrach budynku. Malowanie katedry rozpoczęło się dwadzieścia lat temu. Katedra jest jedynym ukraińskim kościołem, w którym trwa proces restauracji dawnego malarstwa ukraińskiego.