В 1854 году разрешением императора Николая I начинается строительство Храма в честь св. царей Константина и Елены, в казачьей станице Акмолинская (современная Астана).

     К лету 1856 года строительные работы выполнявшиеся хозяйственным способом, силами акмолинского казачьего отряда были завершены. 8 июля 1856 года торжественно, в присутствии большого количества прихожан, Петропавловский соборный протоиерей Иоанн Торопов освятил церковь во имя св. Равноапостольных царей Константина и Елены. И хотя, отдельные работы не были доведены до конца, богослужения в храме с этого времени проводились регулярно. Первым настоятелем церкви стал священник М. Никольский.

     Решением Тобольской духовной консистории от 1893 года было решено перенести Константино-Еленинскую церковь в Акмолинскую станицу на площадь.

     14 мая 1900 года состоялась закладка храма на новом месте, где он находится и в настоящее время. К началу 1902 года обновлённый храм св. Равноапостольных Константина и Елены начал свою новую жизнь. По-прежнему он был устроен однопрестольным, в плане выдержан в форме правильного креста. Но появились и существенные изменения: храм стал пятиглавым. 

     В 1938 году Константино–Еленскую Церковь закрыли. С главок сняли кресты, с колокольни убрали колокола. Здание передали под историко-краеведческий музей.

     В период Великой Отечественной войны, в 1941-1942 годах, в здании церкви размещался отдельный батальон связи 29 стрелковой дивизии, формировавшийся в Акмолинске. 

     В 1942 году, по многочисленным просьбам верующих, в Акмолинске было разрешено возобновление богослужений в Константино-Еленинской церкви.

     В связи с переносом столицы в Астану (1999г.) по благословению архиепископа (ныне митрополит Тульский и Белевский) Алексия (Кутепова) храм стал кафедральным собором. 

     С 2005 г. по 2007г. трудами настоятеля храма Архимандрита Серапиона была произведена капитальная реконструкция храма. Полностью перестроен нижний храм, благоустроена территория собора, обновлен фасад храма, перекрыта крыша, обновлены росписи внутреннего убранства храма.