Боголюбский собор начал строится 1848 году на средства жителей города Козлова (Так тогда назывался Мичуринск) в благодарность Пресвятой Богородице за избавление города от эпидемий чумы и холеры, свирепствовавших в этих краях в XVIII– XIX вв.
В 1771 году разбушевавшаяся эпидемия чумы выжигала целые семьи, спастись практически не было шансов ни у кого. В семье Зениных выжила только маленькая девочка лет двенадцати. Несколько дней осиротевший ребенок, плача и мучаясь от страха перед смертью и неизвестностью, пробыл в доме. В это время на воротах дома Зениных перед горожанами явилась икона Божией Матери. И этой же ночью иерею Иоану было видение о необходимости служения молебна и проведения крестного хода что и было совершено. Чума в городе отступила. С тех пор каждый год 11 ноября (по новому стилю) жители города Козлова обходили с крестным ходом город и велся сбор средств на сторительство храма, который должен был стать памятником этому чудесному исцелению. В 1848 году была заложена Боголюбская церковь. Первым подрядчиком строительства был козловский купец Зиновий Парфентьев. Значительная часть финансов на реализацию задуманного была пожертвована другим козловским представителем купечества — Герасимом Вороновым.
Но строительство затянулось не на один десяток лет. Храм по проекту К.А. Тона строился в течении 25 лет. Строительство завершилось в 1873 г.
В «Тамбовских епархиальных ведомостях» за 1873 год здание описывается следующим образом: «При взгляде на него среди небольших строений провинциального города, окружающих его, он поражает громадностью своих размеров… Храм необыкновенно вместителен. Если справедливо, что во Введенской церкви в Петербурге помещается свободно полк солдат в 4000 человек с ранцами так, что между рядами их свободный проход, то в Боголюбском соборе в Козлове может поместиться 5 тысяч человек, кроме того, на хорах, устроенных с трёх сторон, может поместиться более тысячи человек… В храме замечательно устройство вентиляции: четверти часа достаточно для освежения воздуха». Здание выполнено в византийско-русском стиле, в основе которого куб размером 43 х 43 х 43 метра. Главный купол имеет диаметр 16 метров и высоту 21 метр. Таким образом, общая высота здания 64 метра. Вокруг главного находятся четыре купола меньших размеров. Боголюбский кафедральный собор был и остается крупнейшим храмом Тамбовской области (по своим размерам он уступает лишь Моршанскому Троицкому собору).
До революции при Боголюбском соборе был устроен Козловский Боголюбский женский монастырь, известный своей художественной мастерской по написанию икон и золотому шитью.
В годы советской власти храм и монастырь были закрыты. Боголюбский храм использовался как склад под соль. Монастырские здания, а их было три, перестроили и использовали под коммунальные квартиры, которые существуют до настоящего времени.