Во втором десятилетии 18 века Васильевский остров стал административным центром Санкт-Петербурга. Петр Великий хотел, чтобы на острове была сооружена церковь, посвященная святому Андрею Первозванному, однако при жизни императора этот проект осуществить не удалось. Лишь в 1728 году на том месте, где сегодня красуется Андреевский собор, по проекту неизвестного архитектора была возведена деревянная церковь. Некоторые исследователи полагают, что автором храма мог быть Д. Трезини, однако исторических документов, подтверждающих эту гипотезу, не сохранилось. Церковь, освященная во имя Святого Апостола Андрея Первозванного, была богато декорирована: ее украшал иконостас, перенесенный из домовой церкви Меншиковского дворца, а также царское место. Рядом с церковью, которую любила посещать императрица Анна Иоанновна, находилось небольшое кладбище. Известно, что на торжественных богослужениях в церкви бывали М. Ломоносов и В. Тредиаковский.
В 1764 году в крышу церкви попала молния, и храм сгорел дотла, после чего, 18 июля 1764 года, был заложен новый храм, сохранившийся до наших дней. Строительные работы, которые велись под руководством А. Виста, затянулись из-за технических неполадок, и храм был готов лишь к 1780 году. Открывшийся собор стал центром кавалеров ордена святого Апостола Андрея Первозванного, объединившихся под девизом "За веру и верность".
Изящное здание Андреевского собора нежно-розового цвета восхищало современников высоким куполом и стройной колокольней. Храм, выполненный в переходных от барокко к классицизму формах, увенчан одним большим и четырьмя малыми куполами. Стены собора были покрыты лепкой и росписями, а для удобства прихожан в 1834 году в храме было устроено отопление. В 19 веке собор частично перестраивался архитекторами Н. Гребенкай и А. Горностаевым, которые сохранили основные черты первоначального облика храма, лишь слегка видоизменив его.
Возле Андреевского собор находится небольшая Трехсвятительская церковь, освященная в 1760 году. С момента основания ее помещения использовались в основном для ризницы Андреевского собора, церковной библиотеки и архива.
После 1917 года Андреевский собор пришел в упадок, а в 1938 году был разграблен и закрыт. Лишь осенью 1992 года храм был отреставрирован и возвращен верующим. В 2001 году перед храмом был установлен обелиск в честь ордена святого Андрея Первозванного.