Собор расположен в северной части Торговой стороны Великого Новгорода, на территории бывшего Антониева монастыря, находящегося на правом берегу реки Волхов. Памятник является объектом Всемирного культурного наследия ЮНЕСКО.
Вскоре после основания Антониева монастыря, с 1117 по 1119 год, в обители был построен каменный храм. Позже к собору были пристроены приделы Антония Римлянина (1671 год) и Иоанна Богослова (1680 год), паперть (1699 год) и некоторые служебные помещения.
В 1125 году храм был расписан. До современности дошли в хорошем состоянии фрески на западных гранях восточных столбов, которые были заслонены установленным в 1716 году высоким иконостасом. Сохранились также фрагменты росписи алтарной части, которые не были сбиты в ХІХ веке. В 1671 году первоначальную живопись переписали, сохраняя первоначальный рисунок. Ввиду ветхости в ХІХ веке древние фрески были сбиты, и храм был заново расписан артелью живописцев Г. Верегина (1838 год). Эти росписи сохранились до сегодняшнего дня.
В настоящее время собор открыт для посещения как памятник архитектуры и монументальной живописи. Здесь проходят концерты духовной и классической музыки, проводятся экскурсии, действует сувенирная лавка.
