Белокаменный, пятиглавый собор сошествия Святого Духа с лазуревыми и золотыми куполами заметно выделяется среди остальных построек. Духосошественский собор стоит на одноименной площади, вокруг которой расположены одноэтажные, ветхие жилые постройки, придающие кафедральному собору Саратова особую монументальность. В народе его обычно называют "Голубые купола".

История храма довольно длинная, вначале была построена деревянная церковь. Так, «Саратовские губернские ведомости» писали: «Новая церковь в Саратове… во имя Сошествия Святого Духа на апостолов, устроена при содействии преосвященного Иакова в 1844 году». В 1855 году вместо старой, деревянной, построена каменная церковь и каменная же колокольня на средства почетного гражданина Саратова купца первой гильдии Петра Федоровича Тюльпина. Освящение Духосошественской церкви произошло несколько позднее, лишь 05 октября 1858 года. Освятил ее Преосвященный Иоанникий I (Горский; †1877), епископ Саратовский и Царицынский. По штату при церкви были положены три священника, один диакон и три псаломщика. Церкви принадлежали здания каменной церковно-приходской школы и деревянной сторожки.

В конце 1920-х годов Духосошественская церковь была захвачена обновленцами, но спустя полгода клир храма принес покаяние. Предположительно после закрытия Александро-Невского кафедрального собора Духосошественская церковь получила статус соборной.

Постановлением Президиума Нижне-Волжского краевого исполкома советов РК и К депутатов от 06 октября 1931 года колокола собора были изъяты для нужд промышленности. В 1939 году храм был закрыт и превращен в зернохранилище. 13 июня 1941 года Саратовский горисполком принял к рассмотрению ходатайство о перестройке закрытого храма в кинотеатр, но нападение фашистской Германии на СССР 22 июня того же года предотвратило реализацию этого проекта. Храм вновь был открыт в декабре 1947 года. Стены были заново расписаны, а в остальном помещение почти не пострадало. В 1948 году главный придел был заново освящен Преосвященнейшим Борисом (Виком; †1965) и в нем начались регулярные богослужения. Взамен утраченного иконостаса установили временный одноярусный, который простоял 20 лет. Только в 1969 году для Духосошественского собора удалось создать художественный трёхъярусный иконостас, освящённый 5 января 1970 года

Постановлением Саратовской Областной Думы от 17 ноября 1994 года № 7-59 Духосошественская церковь признана памятником истории и культуры регионального значения.

Указом Святейшего Патриарха Московского и всея Руси Алексия II № 1115 от 16 марта 2001 года в связи с аварийным состоянием кафедрального Свято-Троицкого собора статус кафедрального был придан Духосошественскому собору. В крипте под главным алтарем собора погребен приснопамятный Архиепископ Саратовский и Вольский Александр (Тимофеев †2003).

В 2014 году Указом Святейшего Патриарха Московского и всея Руси Кирилла № У-01/169 от 10.10.2014 г. «В связи с завершением реставрационных работ присвоить Свято-Троицкому храму г.Саратова статус кафедрального собора. Церкви Сошествия Святого Духа г. Саратова, временно имевшей статус кафедрального собора, официально именоваться «Храм Сошествия Святого Духа».

Престолы: главный - в честь Сошествия Святого Духа на Апостолов, в правом приделе - во имя Святителя и Чудотворца Николая, в левом - в честь иконы Пресвятой Богородицы «Знамение».
Освящен:

Главный престол в 1948 году Епископом Саратовским и Вольским (1947-1949) Борисом (Виком; †1965).

В 1995 году, по благословению Архиепископа Саратовского и Вольского Александра (Тимофеева †2003), в правом приделе во имя Святителя Николая Чудотворца был совершен чин положения Антиминса.

18 февраля 2011 года, по благословению Епископа Саратовского и Вольского Лонгина, в левом приделе в честь иконы Пресвятой Богородицы «Знамение», протоиерей Сергий Догадин в сослужении духовенства собора совершил освящение престола.
Святыни:
ковчег с мощами Радонежских святых;
ковчег с мощами Киево-Печерских святых;
ковчег с мощами Константинопольских святых;
икона с частицей мощей прп. Евфросинии Полоцкой;
икона с частицей мощей сщмч. Гермогена Долганева.

Настоятель: протоиерей Сергий Догадин.
Богослужения:

С понедельника по субботу: Литургия в 08:00. В воскресенья и праздники: ранняя Литургия в 07:00, поздняя Литургия в 09:00. Ежедневно: вечернее богослужение в 17:00. Собор открыт в течение всего дня. Дежурный священник находится в храме в будние дни до 14:00, в праздничные и выходные до 15:00. Читаются акафисты (во время вечернего богослужения): по понедельникам - Божией Матери, по четвергам - святителю Николаю Чудотворцу, по воскресеньям - Божией Матери, Иисусу Cладчайшему.

Службы, действующие при храме:
Детская воскресная школа: посещается детьми в возрасте от 5 до 15 лет. Занятия проходят в трех группах: дошкольной и начальной школы, средней, старшей, по субботам с 15:00 до 17:00. Изучаются Библейская история, богослужение Русской Православной Церкви, церковнославянский язык. При храме существует библиотека.
Церковно-социальная деятельность:

Прихожанами и служащими собора ведется благотворительная деятельность. Ежемесячно, к двунадесятым праздникам посещается Дом ребенка. Собираются вещи, предметы быта и ухода для раздачи нуждающимся.

Храм сотрудничает с Гуманитарно-экономическим лицеем и средней школой № 11 Волжского района: ежемесячно проходят встречи учащихся со священником, организуются экскурсии по храму на Светлой седмице.