История создания храма во имя святого апостола Андрея Первозванного восходит к петровскому времени. С 1725 года жители Васильевского острова неоднократно ходатайствовали о разрешении на постройку временной деревянной церкви.
В 1729 году освятили закладку храма. Через год строительство в основном завершилось, иконостас и предметы церковного обихода перенесены из Рождественской церкви. Освящение церкви произвёл в 1732 году сподвижник Петра I преосвященный Феофан Прокопович. В 1744 году она была наименована собором.
Во время грозы в 1761 году деревянный Андреевский собор сгорел в результате попадания молнии. Во время пожара огонь уничтожил крышу и колокольню. Закладка каменного Андреевского собора по проекту архитектора Александра Виста состоялась в 1764 году. Строительство продолжалось более десяти лет.
Церковные службы в соборе были прекращены в 1938 году. Какое-то время храм использовался как книгохранилище для библиотеки. В 1973 году решением горисполкома здание передано в аренду Музею этнографии им. Петра Великого. С 1992 году храм вернули Церкви и там стали постоянно проводить богослужения.