Iniţiativa înălţării Catedralei îi aparţine mitropolitului Gavriil Bănulescu-Bodoni (1812–1821), locul amplasării sale fiind indicat în primul plan urbanistic al Chişinăului din 1817. Construcţia s-a realizat pe timpul succesorului său, între anii 1832–1836 de către arhiepiscopul Dumitru Sulima (1821–1844). Are trei altare, central – Naşterea Domnului, laterale: sudic – Sf. Alexandru Nevski, nordic – Sf. Nicolai Mirlikysky. Arhitect A. I. Melnikov, maestru al stilului empir rus.
Ansamblul catedralei, alcătuit din biserică, o clopotniţă cu patru niveluri şi de Porţile Sfinte. Lucrările edilitare scot în evidenţă preocuparea pentru crearea centrului urban, un rol deosebit în care trebuia să-l joace în compoziţia sa arhitectural-spaţială – catedrala oraşului. În planul din 1817 în centrul oraşului era deja indicată amplasarea catedralei, cu un plan cruciform.
Catedrala. Arhitectura este în stil neoclasic târziu, numit şi empir, cu folosirea pentru coloane a formelor elene antice. Catedrala a fost construită în stil eclectic, o combinare a planului bizantin cruce greacă înscrisă cu principiile renascentiste de tip central. În plan reprezintă un pătat cu latura de 27 m, prin alipirea la corpul cubic a patru porticuri a câte şase coloane dorice, fiind obţinut un plan cruciform, cu faţadele soluţionate identic.
Cupola, surmontată de un tambur cilindric, este susţinută de patru piloni pătraţi în secţiune, care preiau greutatea prin intermediul a patru arce dublouri şi a patru pendantivi. Învelitoarea cupolei parabolice, cu coastele radiare, era din tablă de fier. Prin tamburul larg, de 13 m lărgime, cu 12 ferestre, interiorul este inundat de lumină. Suprafeţele interioare ale pereţilor şi bolţilor au fost pictate cu subiecte biblice şi evanghelice. Părţile tencuite sugerau impresia dalelor din marmură.
Catedrala a suferit în timpul celui de al doilea război mondial, turla şi cupola, interioarele fiind reconstruite cu abateri de la formele iniţiale.
Clopotniţa. A fost construită concomitent cu catedrala, amplasată la 40 m distanţă de ea, simetric cu catedrala şi faţă de centrul geometric al cartierului catedralei. Are patru niveluri, trei prismatice, cu latura în retragere succesivă, iar al patrulea sub forma unui foişor circular în plan, pentru camera clopotelor, acoperit cu o cupolă. La primul nivel se afla o capelă, intrarea în care avea loc printr-un portic cu două coloane, amplasat în latura sudică. Porticuri identice împodobeau fiecare faţadă a clopotniţei, realizându-se o repetare, la o scară micşorată a compoziţiei catedralei, armonizând cu aceasta şi prin forma cupolelor. A fost demolată în anii ’60 ai secolului al XX-lea şi reconstruită în 1998 după imaginile de epocă.
Porţile Sfinte. Pentru cel mai mare clopot, ferestrele camerei clopotelor s-au dovedit a fi prea mici. Pentru a găzdui clopotul mare s-a luat decizia de a fi construită o clopotniţă specială, în care a fost comasată funcţia de clopotniţă cu cea a porţii de intrare, autor arhitectul Luca Zauşkevici. Clopotniţa-poartă a obţinut forma Arcului de triumf, amplasat la intrarea pe teritoriul scuarului catedralei din direcţia Mitropoliei (distrusă în anii războiului).
Este o construcţie în spiritul stilului empire, particularitatea arcului din Chişinău rezidă în soluţionarea trecerii în patru direcţii, obţinând patru faţade identice, cu patru piloni. În plan este pătrată, cu pilonii de la colţuri împodobiţi pe două faţade exterioară cu câte o pereche de coloane corintice. Partea superioară este un atic, care se sprijină pe aceşti patru piloni, care corespunde camerei clopotelor, unde atârnă clopotul greu de 400 puduri.
