Строительство собора во имя Воздвижения Креста Господня было обусловлено тем, что к началу ХХ века храмы Свято-Николаевского монастыря уже не могли вместить все возраставший наплыв людей, совершавших паломничество к святым мощам Праведного Симеона Верхотурского. Строительство подобного храма настоятелям монастыря, отцу Арефе, а затем отцу Ксенофонту, виделось необходимым и ввиду все более осложнявшейся ситуации в политической и духовной жизни России, требовавшей укрепления веры людей.

Строительство Крестовоздвиженского собора велось по проекту пермского архитектора А. Турчевича, известного такими выдающимися храмами, как Николаевский собор Белогорского монастыря, Никольская (Иоанно-Предтеченская) церковь в Кунгуре, кафедральный собор в Оренбурге, храм на Мотовилиховском заводе в Перми и др.

Крестовоздвиженский собор был заложен 12 сентября 1905 года - в праздник перенесения мощей Святого праведного Симеона Верхотурского. Много усилий для его строительства приложил настоятель Свято-Николаевского монастыря - отец Ксенофонт. Освящение собора и перенос в него мощей Симеона Верхотурского состоялись 11 сентября 1913 года, во время празднования 300-летия династии Романовых. В этот день в монастырь пришла телеграмма из Ливадии от царской семьи: «Верхотурье. Николаевский монастырь. Настоятелю о. Ксенофонту. От души приветствуем Вас и братию с высокоторжественным днём освящения нового храма, дорогой нашему сердцу обители и с завтрашним великим праздником. Просим ваших молитв перед ракой Преподобного. Николай. Анастасия . В Крестовоздвиженском соборе, над серебряной ракой с мощами Праведного Симеона была воздвигнута сень, подаренная монастырю императорской семьей. Сень была вызолочена под старое золото с серебряной надписью: «Сия сень сооружена к мощам Симеона Праведного в Верхотурский Николаевский монастырь иждивением и любовью Благочестивейшего, Самодержавнейшего, Великого Государя Императора Николая Александоровича, Благочестивейшей Государыни императрицы Александры Федоровны, наследника цесаревича Алексея Николаевича и Благоверных Великих княжен Ольги, Татьяны, Марии, Анастасии Николаевен в лето от Рождества Христова 1914 мая 25».

Крестовоздвиженский собор стал одним из самых больших храмов в России. Он способен был одновременно вместить около 4000 человек. Величественность собора как будто подтверждала значение Верхотурья в православной жизни России. Воображение современников поражала красота его убранства. Купола собора были покрыты гладким листовым цинком с накладными рустами. Его центральный иконостас был изготовлен из фаянса на московской фабрике М.С. Кузнецова.

В 1919 году в Верхотурье была установлена советская власть, а годом позже, по настоянию органов губернской власти в Крестовоздвиженском соборе состоялось вскрытие мощей Святого Праведного Симеона Верхотурского. Вскоре архимандрит Ксенофонт был арестован. Его земная жизнь окончилась в 1933 году в Беломорбалтлаге... В 30-х годах Крестовоздвиженский собор был окончательно закрыт для верующих. Варварский был разбит его фаянсовый иконостас. Были предприняты попытки переоборудования помещения храма под кинотеатр, а позднее, для нужд колонии для несовершеннолетних преступников, расположившейся на территории монастыря.

В 1990 году Свято-Николавеский монастырь был возвращен Православной церкви. Сегодня, нелегкие труды его братии и многих других неравнодушных людей, внесших свою лепту в возрождение Крестовоздвиженского собора, предстают перед взорами паломников, приехавших поклониться святыням Верхотурья.