К концу XVII столетия город Бронницы (тогда богатое село и крупный центр дворцового коннозаводства) уже имел деревянный храм, освященный Архистратигу Михаилу.
В начале XVIII столетия деревянный храм обветшал, и было решено возвести новый, каменный собор. Работы по его строительству были закончены в 1705 году и в том же году освящен. Иконостас и иконы для храма были заказаны лучшим мастерам Оружейной палаты, царским мастерам-иконописцам Тихону Ивановичу Филатьеву и Кириллу Ивановичу Уланову. Оба мастера подписывали свои работы, поэтому в соборе известны две подписные иконы Тихона Филатьева: Спаса Вседержителя и Смоленская икона Божией Матери (датированные 1703 годом). Кирилл Уланов написал для собора икону Богоматери «Живоносный Источник» (1703), Владимирскую икону Божией Матери, храмовый образ Архангела Михаила (1704), а также икону свт. Иоанна Милостивого (1705).
Во второй половине XIX века храмовый комплекс города Бронницы состоял из следующих строений: холодный соборный храм Архангела Михаила, теплая каменная трехпрестольная церковь во имя Иерусалимской иконы Божией Матери с двумя приделами – во имя святителя Иоанна Милостивого и святителя Николая Чудотворца. Соборным имуществом была и каменная часовня на городской площади, освященная в честь Иерусалимской иконы Богоматери. Приписана к собору была также кладбищенская деревянная однопрестольная Ильинская церковь.
6 июня 1941 года, за две недели до начала Великой Отечественной войны, в Бронницах был закрыт последний храм – кладбищенская Успенская церковь. Власти собирались переоборудовать здание под культурные и производственные нужды.
Первое богослужение – после перерыва во многие десятилетия – было совершено в 1990 году в праздник Входа Господня в Иерусалим, за неделю до Пасхи. Тогда же соборный комплекс был передан церковной общине.
Здания соборного комплекса с колокольней являются доминантой исторического центра города Бронницы.