В 1819 году началось строительство собора, но через год его приостановили. Монферран хотел по максимуму использовать фрагменты здания Ринальди и совершил несколько ошибок, на которые ему указали, раскритиковав проект. Монферран ошибки признал, проект приостановили.

В 1825 году Монферран спроектировал новое грандиозное здание в стиле классицизма. Его высота составляла 101,5 метра, а диаметр купола – почти 26 метров. Строительство шло медленно, только фундамент делали пять лет. Пришлось вырыть глубокие траншеи, куда вбили 12 тысяч просмоленных свай. Траншеи соединили между собой и залили водой. С наступлением холодов вода замерзла, и сваи спилили под уровень льда. Еще два года ушло на установку колонн четырех крытых галерей – портиков, гранитные монолиты для которых поставляли из выборгских каменоломен.

Следующие шесть лет возводились стены и подкупольные столбы, еще четыре года – своды, купол и колокольни. Главный купол был выполнен не из камня, как это делалось традиционно, а из металла, что значительно облегчило его вес. При проектировании этой конструкции Монферран ориентировался на купол лондонского собора Святого Павла архитектора Кристофера Рена. На золочение купола ушло более 100 килограммов золота.

И вот снова параллель с Флоренцией! Скульптурное убранство собора создавалось под руководством Ивана Витали, который по аналогии с Золотыми воротами флорентийского баптистерия изготовил бронзовые двери с изображениями святых. Витали создал также статуи 12 апостолов и ангелов на углах здания и над пилястрами (плоскими колоннами).

Над фронтонами разместили бронзовые рельефы с изображениями библейских сцен работы Витали и Филиппа Оноре Лемера. Также в скульптурном оформлении храма приняли участие Петр Клодт и Александр Логановский.

Работа над интерьерами собора шла 17 лет и закончилась лишь в 1858 году. Внутри храм был отделан ценными породами камней – лазуритом, малахитом, порфиром, разными видами мрамора. Над росписью собора работали главные художники своего времени: Федор Бруни написал «Страшный суд», Карл Брюллов – «Богородицу во Славе» в плафоне, площадь этой росписи более 800 квадратных метров.

Иконостас создали необычный – в виде триумфальной арки, украсили его монолитными малахитовыми колоннами. Иконы, выполненные в технике мозаики, создали по оригиналам Тимофея Неффа. Мозаикой декорировали не только иконостас, но и значительную часть стен храма. В окне главного алтаря тогда находился витраж с изображением «Воскресения Христа», выполненный Генрихом Марией фон Хессом.

К моменту завершения строительство собора оказалось самым дорогим в Европе, на него затратили 23 миллиона. Сравните с примерно равным ему Троицким собором – строительство обошлось в два миллиона.

Освящение собора превратилось в зрелищный праздник. Вот только горожане не оценили тяжеловесное темное здание, и к нему на долгие годы прилипло прозвище «чернильница».

Но самое главное – к моменту завершения строительства надобность в таком соборе как религиозном объекте отпала.

Призрак Монферрана не зря бродит вокруг собора. Завещание архитектора похоронить его в храме не исполнили. Гроб с телом обнесли вокруг собора, а потом передали вдове, которая увезла останки мужа в Париж.

Чуть позже появилась еще одна легенда: Дом Романовых должен был пасть после снятия строительных лесов, которые окружали собор долгое время после освящения.