Идея возведения нового католического храма возникла в конце XIX века, когда численность польского населения в Москве значительно возросла. Польская диаспора обратилась к властям с прошением о строительстве отдельного храма, предназначенного специально для католиков-поляков. Первоначально планировалось создать новый приход, связанный с существующими церквями, такими как храм св. Людовика и свв. Петра и Павла. Официальное разрешение на строительство было получено в 1899 году, а само возведение началось в 1901 году.
Идея возведения нового католического храма возникла в конце XIX века, когда численность польского населения в Москве значительно возросла. Польская диаспора обратилась к властям с прошением о строительстве отдельного храма, предназначенного специально для католиков-поляков. Первоначально планировалось создать новый приход, связанный с существующими церквями, такими как храм св. Людовика и свв. Петра и Павла. Официальное разрешение на строительство было получено в 1899 году, а само возведение началось в 1901 году
Освящение храма произошло в декабре 1911 года, и вскоре он начал свою работу как филиал прихода свв. Петра и Павла. Полностью отделочные работы были завершены к началу Первой мировой войны. Изначально храм служил преимущественно польской общине, но постепенно расширял свои границы, принимая представителей других этнических групп


Советская власть негативно относилась к любой религиозной активности, включая католичество. В результате в 1930-х годах большинство католических общин в СССР прекратило своё существование. Настоятелем храма в те времена был отец Михаил Цакуль, который в 1937 году был арестован и впоследствии казнён по обвинению в шпионаже в пользу Польши. Церковь закрылась, а имущество было конфисковано государством


Советская власть негативно относилась к любой религиозной активности, включая католичество. В результате в 1930-х годах большинство католических общин в СССР прекратило своё существование. Настоятелем храма в те времена был отец Михаил Цакуль, который в 1937 году был арестован и впоследствии казнён по обвинению в шпионаже в пользу Польши. Церковь закрылась, а имущество было конфисковано государством

Во время Великой Отечественной войны и послевоенных десятилетий храм использовался как склад и архив. Лишь в 1956 году здание передали Научно-исследовательскому институту Мосспецпромпроект, где оно использовалось для технических целей. В течение нескольких десятилетий собор оставался заброшенным и практически забытым среди горожан

В 1990-е годы началась активная работа по восстановлению храма. В 1991 году указом архиепископа Тадеуша Кондрусевича был официально создан приход Непорочного Зачатия Пресвятой Девы Марии. Восстановление интерьера и фасада заняло несколько лет, и в 1999 году собор был повторно освящён папским легатом Анджело Содано

Сегодня собор является главным католическим храмом России и активно функционирует как место богослужений, культурных мероприятий и образовательных программ. Регулярно здесь проводятся концерты органной музыки, лекции и встречи с представителями различных конфессий. Кроме того, собор принимает паломников и туристов, интересующихся историей русской католической общины и уникальной архитектурой неоготического стиля