В фольклоре трагедию на Екатерининском канале связали с Екатериной Михайловной Долгорукой, считавшейся официальной любовницей императора. Родилась легенда, что убийство было совершено в результате придворного заговора, который ставил своей конечной целью помешать овдовевшему Александру «сочетаться законным браком со своей пассией».
Свою любовь к Долгорукой Александр не скрывал. Ещё при жизни императрицы она родила ему трёх детей — сына и двух дочерей. А когда в 1880 году императрица Мария Александровна скончалась, то в том же году состоялся обряд венчания Александра II и княгини Екатерины Долгорукой. Назревал династический скандал. Злые языки уверяли, что очень скоро состоится её коронация. Будто бы был заказан даже вензель для новой императрицы — «Е III» (Екатерина III). Всему этому помешала трагическая гибель императора в марте 1881 года. По Петербургу молниеносно распространилась крылатая фраза: «Александр II влюбился в Екатерину Долгорукую и погиб на Екатерининском канале». Напомним, что существует легенда о давней родовой вражде между домами Романовых и Долгоруких. Будто бы ещё в XVII веке некий монах предсказывал гибель всех Романовых, которые решатся связать свою судьбу с Долгорукими. В Петербурге была хорошо известна московская история о несостоявшейся свадьбе императора Петра II с юной княгиней Екатериной Долгорукой. Свадьбу назначили на 19 января 1730 года. А за две недели до этого, во время празднования Крещения на Москве-реке, молодой император простудился. На следующий день появились первые признаки оспы, и в ночь на 19 января Петра II не стало. И вот через 130 лет снова Екатерина, и снова Долгорукая. Было от чего задуматься.
Уже вечером 1 марта на Екатерининском канале вокруг места, где произошло чудовищное убийство, поставили часового. На другой день, 2 марта, Городская дума на чрезвычайном заседании постановила просить нового императора Александра III «разрешить городскому общественному управлению возвести часовню или памятник». Император поддержал инициативу, но заметил, что «желательно бы иметь церковь, а не часовню». Однако первоначально всё-таки установили часовню, в которой ежедневно служили панихиду по убиенному императору. Проект часовни принадлежал архитектору Н. Л. Бенуа.
Одновременно был объявлен первый конкурс на создание храма-памятника. В конкурсе приняли участие крупнейшие архитекторы того времени, но он не выявил победителя.
На второй конкурс, состоявшийся в 1882 году, было представлено около 30 проектов. Победителем была признана совместная работа Альфреда Парланда и архимандрита Троице-Сергиевой пустыни Игнатия, в миру — И. В. Малышева. Идея создания храма-памятника царю-освободителю и мученику стала заветной мечтой отца Игнатия сразу же после трагического события. Уже 25 марта он сделал наброски плана фасадов, а затем, по преданию, с помощью набожной княгини Александры Иосифовны довёл до сведения царя, что ему во сне будто бы явилась Богоматерь и показала «главные основы храма». По мере строительства Игнатий почти отошёл от дел, и возведённый собор, получившийся далёким от задуманного на стадии проекта, — творение Альфреда Парланда.
Закладка храма состоялась 6 октября 1883 года, освятили его четверть века спустя — в 1907 году. Собор, созданный «в русском стиле», украсили мозаичные панно, выполненные по рисункам В. М. Васнецова, М. В. Нестерова и других известных художников. Внутри храма соорудили специальную сень. Под ней находится сохранённый в неприкосновенности фрагмент набережной Екатерининского канала: часть решётки, плиты тротуара, булыжники мостовой, на которые упал, истекая кровью, царь. Народная молва утверждает, что до сих пор, если подойти к этому мемориальному месту, можно услышать стоны невинно убиенного государя.
В начале XX века в Петербурге сложилась необычная традиция. Посетители бросали на фрагменты мостовой монетки. Мемориальный характер собора подчёркнут и другим любопытным обстоятельством. Высота храма от его пола до верхней точки креста над куполом составляет ровно 81 метр — число, входящее в дату «1881», год гибели царя, освободившего народ от крепостного права. И ещё одна немаловажная деталь. До революции в соборе не совершались никакие ритуальные службы. Здесь не крестили младенцев, не отпевали умерших и не венчали молодожёнов. Здесь отправлялись только ежедневные поминальные службы и произносились проповеди. Ритуальные службы начались только после 1923 года, когда собор на короткое время получил статус кафедрального.
За время Советской власти мемориальный собор успел побывать и свалкой мусора, и складом театральных декораций, и даже моргом. Во время блокады в помещение собора свозили трупы с городских улиц. В 1920–1930-е годы в храме устроили овощехранилище. Ленинградцы вспоминают, что в то время собор называли «Спас-на-картошке».