Михайловский собор был выдающимся каменным зданием древнего Переяслава. Он составлял центральное звено грандиозного архитектурного ансамбля «каменного града», построенного в конце XI века епископом Ефремом. Собор Архистратига Михаила был кафедральным, при нем находилась епископская кафедра одной из крупнейших и самых значительных на Руси епархий - Переяславской. В 1239 году собор был разрушен во время нашествия хана Батыя.
Нынешний храм возводился в течение 1646-1666 годов на месте разрушенного собора. Сооружение является редчайшим образцом украинской архитектуры второй половины XVII века. В интерьере сохранилась роспись XVIII-XIX веков, выполненная художниками киевской школы живописи.
В 1934 году храм был закрыт, а впоследствии на его территории был размещен музей.
В 2007 была организована церковная община, которая все это время совершала богослужения в палатке.В 2010 году указом Президента передан и открыт решением Священного Синода УПЦ от 10 февраля 2011 года