La Cattedrale fu costruita nel 1688 sul luogo della chiesa antica della Madonna del Segno per l’icona della "Vergine orante (del segno)" che, secondo la leggenda, protesse nel 1170 Novgorod dagli abitanti di Suzdal' che l’avevano assediata. Da quel tempo l’icona antica viene venerata come una dei sacrari principali della città e adesso si trova nella Cattedrale di Santa Sofia accanto all’altare.

La Cattedrale della Madonna del Segno è un monumento tipico dell’architettura russa del XVII secolo, le cui facciate sono decorate con affreschi e mattonelle smaltate. La pittura dell’interno, effettuata dai maestri di Kostroma nel 1702, è conservata perfettamente e presenta dei motivi interessanti di carattere laico. Fra le figure della grande composizione del "Giudizio universale", che occupa l’intera parte ovest, c’è l’immagine di un uomo vestito con un abito corto di stile "tedesco" e scarpe, le cui fattezze assomigliano sorprendentemente allo zar russo Pietro I il Grande.

La Cattedrale della Madonna del Segno ha un interno ampio e bello, con un’acustica meravigliosa che fa sì che qui spesso si tengano concerti di musica religiosa corale.