Собор ікони Казанської Божої Матері здається легким, струнким, спрямованим у небо. Це враження створюють напівкруглі завершення стін, тонкі витончені колони по кутах будівлі, купол, що нагадує шолом російського воїна, світловий барабан з десятьма арковими вікнами. Над входом три з’єднані між собою арки, у двох бічних — влаштовані вікна, а в середній частині — храмова ікона.
Історія Казанського собору пов’язана з Топловським монастирем. Граф Микола Федорович Гейден пожертвував обителі свою дачу «Кафа» у Феодосії, щоб тут влаштували подвір’я монастиря. Жителі міста 1892 року виділили ділянку землі поруч із дачею для зведення храму в пам’ять чудесного порятунку царської сім’ї під час аварії поїзда 17 жовтня 1888 року. Але коштів на будівництво храму не було, тому баронеса Марія Петрівна Фредерікс, фрейліна імператриці, і Марфа Степанівна Сабініна подарували переносну церкву,
яка знаходилася раніше в південнобережному маєтку Кастрополь. 22 жовтня церкву освятив архієпископ Мартиніан на честь великомученика і цілителя Пантелеймона.
1890 року благодійник Топловського Свято-Параскевіївського монастиря граф Н.Ф. Гейден передав у дар ікону Казанської Божої Матері. З Казанської ікони Божої Матері, що перебувала в Петербурзі, в Казанському соборі, були зроблені списки. Один із таких списків передавався у спадок у родині графа. На честь чудесного порятунку царської сім’ї під час аварії поїзда в Борках граф пожертвував сімейну реліквію Топловському Параскевіївському монастирю. Ікону, прикрашену сріблом і золотом, перлами і дорогоцінним камінням, урочисто доставили до Криму. Жителі Феодосії звернулися до Святійшого Синоду з проханням приносити ікону хресним ходом і залишати в місті з 17 жовтня по 22 жовтня. Дозвіл було отримано, і щороку ікону Божої Матері хресним ходом несли з
обителі до Феодосії.
16 жовтня ікона прибувала на монастирське подвір’я, а наступного дня її урочисто переносили в Олександро-Невський собор. Там ікону зустрічали священики з іконою Знамення Пресвятої Богородиці. Це був святковий день для всіх жителів Феодосії. 22 жовтня так само урочисто ікона поверталася в монастир.
1907 року на феодосійському подвір’ї Топловського монастиря замість дерев’яної церкви побудували кам’яний собор, який освятили на честь Казанської ікони Божої Матері. У важкі революційні роки храм був розграбований і довгий час стояв порожній. Богослужіння відновилися 1943 року і відтоді не припинялися. У п’ятдесяті роки храм оновили за активної участі архієпископа Сімферопольського і Кримського святителя Луки (Войно-Ясенецького), він провів у соборі урочисте богослужіння.