Храм был построен по инициативе губернатора Л.К. Полежаева за два с небольшим года. Авторский коллектив в лице A.M. Каримова и A.M. Слинкина в конце 1998 г. приступил к разработке эскизного проекта.

В февраля 1999 г. митрополитом Омским и Тарским Феодосием в присутствии Губернатора Л.К. Полежаева и большого числа православных омичей было освящено место для будущего храма и совершена закладка символического камня во основание будущего кафедрального собора, а на строительной площадке воздвигнут закладной крест. Возведение нового храма было всецело посвящено приближающемуся 2000-летию Рождества Христова.

31 августа 2000 г. состоялось торжественное освящение и поднятие на звонницу храма 11 колоколов, которые были заказаны и отлиты на Пятковском заводе в г. Каменске-Уральском.

К осени 2000 г. строительство собора вступило в завершающую стадию, а 5 ноября того же года уже был водружён первый купол на одну из пяти строящихся глав.

7 января 2001 г. в праздник Рождества Христова состоялось торжественное освящение вновь построенного Христорождественского кафедрального собора, который сразу стал главным духовным центром православного Омска.

Иконостас храма был выполненный иконописцами из «Софрино», является самым высоким и большим по числу находящихся в нём икон, в Омско-Тарской епархии. Его проект разработали выпускники Московской Духовной Академии иконописцы Владимир Гурьев и Дионисий Севастьянов.

Над главным входом в собор высится колокольня (высота – более 46 метров), звон колоколов которой разносится далеко по округе, а с отдаленных точек города видны главы собора, покрытые металлом цвета золота.

В будущем с юго-восточной стороны будет располагаться комплекс зданий для храмовых нужд, строительство которых запланировано на вторую очередь.

С момента освящения Христорождественского храма началась и жизнь прихода. 19 января 2001 г. во вновь воздвигнутом храме состоялось первое крещение, а 28 января – впервые в храме было обвенчано 5 пар.

Настоятелями храма в 2001 по 2010 гг. являлись: священник Александр Горбунов, священник Виктор Перешивко, священник Евгений Белогубцев.

Несмотря на относительно молодой возраст собора, в нем проходят все торжественные события епархиальной жизни. Именно здесь в 2001 г. долгое время пребывал чудотворный Почаевский образ Божией Матери. Христорождественский кафедральный собор был первым Омским храмом, куда осенью 2004 г. прибыли мощи преподобномучениц Великой княгини Елисаветы Феодоровны и инокини Варвары. А в сентябре 2006 г. здесь были выставлены для поклонения омичей частицы Честного и Животворящего Креста Господня, честная десница святой равноапостольной Марии Магдалины, мощи мученика Кирика, которые прибыли в Россию из монастыря Симонопетра, что на Святой горе Афон.

Посещали Христорождественский кафедральный собор и многие высокие гости. Так, в 2001 году у нас в области побывал В.В. Путин. За время своего краткого визита глава государства нашел возможным посетить Христорождественский собор, где помолившись о своих родных он поставил свечи.

В храме имеется два хора – левый, который принимает участие в ежедневных богослужениях и правый, который принимает участие в воскресных и праздничных богослужениях.

С 25.01.2013 г. Указом митрополита Омского и Таврического Владимира назначен настоятелем кафедрального собора Рождества Христова города Омска протоиерей Михаил Вивчар.

В июне 2025 года, указом митрополита Дионисия иерей Серафим Гоюк назначен настоятелем кафедрального собора Рождества Христова.