Собор святих мучеників Бориса та Гліба збудували ще на початку ХІІ ст. у західній частині фортеці-дитинця. Про частку собору з середини ХІІІ до початку ХVІІІ ст. майже нічого не відомо. Ймовірно, храм постраждав під час пожежі у Чернігівській фортеці у 1610 р.
Відновлений він був уже польською адміністрацією та переданням католицькому ордену домініканців у 1627–1628 рр. н. Ченці-домініканці перетворили його на костел, а також було здійснено перебудови зовнішнього вигляду, що змінили його апсидну частину. Після 1648р. Борисоглібський собор знову стає православним храмом. У 1659 р. за сприяння чернігівського архієпископа Л. Барановича, собор було відреставровано та перебудовано, він став головним храмом Борисоглібського монастиря. Під час цих робіт верхи собору отримали барокові завершення. У 1701 – 1702 рр. перед собором за сприяннячернігівського архієпископа І. Максимовича збудовано дзвіницю-ротонду. Ймовірно, в цей же час перед головним куполом було надбудовано два декоративні барабани з маківками, які перетворили собор на триголовий. Барокові перебудови Борисоглібського собору були знищені 1857 р., коли його основні форми було перебудовано у стилі класицизму. Під час Другої світової війни собор сильно постраждав і потребував реставрації. Відновлено його було у формах, які він мав за давньоруської години.