Первый закладной камень был положен самим Царем Николаем II 20 августа 1909 г. Торжественный молебен по этому случаю совершил преосвященный Феофан, епископ Ямбургский.
При Соборе был устроен пещерный храм. Появлению Пещерного храма Собор обязан особому почитанию Царской Семьей прп. Серафима Саровского. Для храма было приобретено большое количество подлинной старины от московских собирателей и коллекционеров. В верхнем храме иконы и утварь были новыми, лишь изготовленными по образцам древности.
Пещерный же храм заключал в себе собрание подлинных святых предметов старины. Серафимовский храм обогатился также и святынями. В нем был ковчег с частицами мощей Серафима Саровского. На престоле храма находилась дарохранительница, изображавшая сень над ракою с мощами Серафима.
С благословения митрополита Московского Владимира (Богоявленского) в храм была передана частица мощей св. кн. Анны Кашинской. С левой стороны от входа находилось изображение Серафима Саровского работы иконописца В. П. Гурьянова, справа — икона Божией Матери «Умиление» (снимок с иконы, которая находилась в келии Серафима). Но главной святыней храма был бесценный дар вел.кн. прмц. Елизаветы Федоровны — мантия прп. Серафима Саровского.
Во время пребывания Царской Семьи в Царском Селе Собор являлся «приходом Их Императорских Величеств», посещавших этот храм во все праздничные и воскресные дни. Во дни говенья Царственные мученики обычно молились в Серафимовском храме. Сама атмосфера Пещерного храма, тишина подземелья, тихий свет лампад особенно располагали к покаянию. Есть предание, что Николай II молился там в одиночестве до глубокой ночи в дни Великого поста. Любила Пещерный храм и Царица. Для нее была устроена особая комната, которую так и называли — молельня Императрицы, в которой Александра Федоровна могла уединиться в молитве, не покидая храма во время богослужения.
В целом собор был посвящен Феодоровской Божией Матери, перед иконой которой в 1613 г. в Ипатьевском монастыре Костромы был благословлен принять Царский венец
первый Царь Дома Романовых Михаил Федорович.

Игорь Чернозатонский