Според историците църква на това място е построена през X век. През 1460 г. по време на чумна епидемия тук са пренесени мощите на сръбския крал Св. Стефан Урош II Милутин (1282 – 1321).
През 1863 г. е завършена нова сграда с внушителен позлатен иконостас. Царските икони в него са дело на Станислав Доспевски.

На 16 април 1925 г. при терористичен акт срещу цар Борис III, църквата е почти напълно разрушена. Загиват над 100 граждани.
Построена е отново по проект на арх. Иван Васильов и е осветена през 1936 г. Пред южния престол е поставена ракла с мощите на Св. Стефан. Стенописите (1971 – 1973) са дело на екип с ръководител Н. Ростовцев, но най-хубавите са от ръката на българския художник Карл Йорданов.

Сега църквата е катедрален храм на Светата Софийска Митрополия, а в рамките на комплекса от сгради наоколо се намира сградата на Богословския факултет и Църковно-историческия музей.