W XVIII wieku polska szlachcianka Jadwiga Zagorowska zorganizowała misję jezuicką we Włodzimierzu i postanowiono wybudować kościół. W roku 1755 przy wsparciu finansowym starosty Ignacego Sadowskiego i jego żony zaczęło się budownictwo świątyni. Trwało przez 15 lat. W roku 1770 kościół został konsekrowany pod tytułem «Serce Jezusa». W roku 1783 świątynia przeszła w ręce Bazylianów i stała się znana jako Katedra Narodzenia Pańskiego. Bazylianie wybudowali dwupiętrowe cele, w których mieściła się szkoła i szpital dla ubogich, a także założyli pierwszą w mieście aptekę.
W wieku XVIII przy klasztorze było czynne Kolegium Włodzimierskie – jedna z największych uczelni tej pory. Kolegium miało 7 klas, było w nim 7 profesorów oraz 380 studentów (głównie dzieci szlachty i duchowieństwa). Najsłynniejszymi uczniami uczelni byli – pochodzący z Włodzimierza doktor filozofii Uniwersytetu Wileńskiego, wynalazca elektroforezy Stefan Stubelewicz i filozof, teolog, pisarz, humanista, postać publiczna i kościelna, doradca cara Piotra I Feofan Prokopowicz.
W 1840 roku katedra i klasztor stają się prawosławne, tutaj mieści się siedziba biskupia (od roku 1891). W okresie międzywojennym, w czasach Polski, katedra znów należała do katolików i została przemianowana na kościół Listu Apostołów.
Ze względu na styl architektoniczny katedra jest zabytkiem późnego baroku. Ściany katedry ozdobiono freskami, które nie zachowały się.
Kompleks architektoniczny świątyni składa się z cerkwi górnej, cerkwi wschodniej św. Andrzeja, cerkwi podziemnej św. Maryi Panny z kryptą (pogrzebienia pod ołtarzem), a także klasztoru żeńskiego Narodzenia Pańskiego z cerkwią Wniebowzięcia Najświętszej Maryi Panny. Wnętrze katedry Narodzenia Pańskiego zostało wznowione w latach 1990-ch dzięki wsparciu parafian. Ikonostas składa się z trzech kondygnacji. Nabożeństwa odbywają się w języku ukraińskim.