Знаменский собор возведен в Великом Новгороде в XVII веке для хранения легендарной святыни - иконы Божьей Матери «Знамение», по преданию, чудом спасшей древний город от нападения суздальцев.
Легенда повествует о событиях XII века, когда суздальцы осадили Великий Новгород, а горожане отчаялись победить в неравном бою. Согласно легенде, осажденные вынесли, как последнюю заступницу, икону Богоматери "Знамение" на крепостную стену. Одна из вражеских стрел поразила образ, и икона, пролив слезу, отвернула лицо. Тогда захватчики ослепли, а новгородцы смогли разбить врага. В наши дни икона хранится в Софийском соборе Великого Новгорода, а под левым глазом Богоматери виден след от стрелы.
В память о событиях, связанных с иконой, в 1682 году на месте разобранной до основания более древней церкви XIV века был заложен новый, просторный и торжественный, храм. Возводили Знаменский собор лучшие русские каменщики, иконописцы и резчики по дереву, а в стилистике храма слились черты новгородского, московского, ярославского и костромского зодчества.
Собор серьезно пострадал при пожаре в 1745 году. Основательная реконструкция храма прошла в 40-х годах XIX века на пожертвования графини Анны Орловой-Чесменской. В годы Великой Отечественной войны церковь разграбили и разрушили. Немцы использовали ее как казармы. Резные рамы иконостасов были уничтожены, а большая часть икон вывезена из России.
В период с 50 по 70 годы XX века проведена колоссальная работа по реконструкции Знаменского собора, большая часть которой легла на сотрудников Новгородской научно-реставрационной мастерской. Для спасения живописи храма в Новгород приезжали и московские художники. В настоящее время собор принадлежит Новгородскому музею.