В старину москвичи называли этот собор «церковью св. Михаила на площади».

Есть версия, что первый, деревянный, Архангельский собор в Кремле появился на месте нынешнего во время короткого княжения брата Александра Невского, Михаила Хоробрита, в 1247–1248 годах. По преданию, это была вторая церковь в Москве.

Сам великий князь владимирский и московский Михаил Ярославич Хоробрит в 1248 году погиб в стычке с литовцами и был похоронен в Успенском соборе города Владимира-на-Клязьме. А московскому храму Святого Архистратига Михаила (Архангельский собор), возведённому по его указу в Кремле, суждено было стать княжеской усыпальницей московских князей. Существуют свидетельства, что племянник Михаила Хоробрита, основатель династии московских князей Даниил, был похоронен у южной стены Архангельского собора. В том же соборе был похоронен сын Даниила Юрий.

В 1333 году другой сын Даниила Московского, Иван Калита, построил по обету новый каменный храм, в благодарность за избавление Руси от голода, вызванного «рослой» (пошедшей в рост и не давшей зёрен) рожью.

Вероятно, что в храме Ивана Калиты появились приделы во имя святых, соименных его сыновьям: Симеона Столпника и Андрея Критского. Симеон Гордый и его брат Андрей были похоронены в Архангельском соборе. Во время сильного пожара 1475 года в Кремле («внутри града») обгорело 11 каменных церквей и 12 деревянных сгорело, в том числе и Архангельский собор. После сильного пожара в 1481 году на месте прежних деревянных возведены одноименные каменные.

Незадолго до своей смерти Иван III решил перестроить древний Архангельский собор.

В 1505 году великий князь Иван Васильевич повелел разобрать ветхую церковь времен Калиты и построить новую. Через несколько дней после закладки храма Иван Васильевич умер и был погребён в только что заложенном храме. И поэтому устроителем нового Архангельского собора считался уже его сын, великий князь Василий III, при котором был выстроен и освящён храм. Архангельский собор Василия III Ивановича и дожил до нашего времени.

Для работы был приглашен архитектор Алевиз Фрязин. Он был из числа итальянских мастеров, приехавших по приглашению московского великого князя строить кирпичный Кремль.

Зодчий из Милана не только отдал дань традиционному пятиглавию, как Аристотель Фиорованти в Успенском соборе, но и вернулся к крестово-купольной системе. Он применил в основном полуциркульные своды и крестчатые в плане столпы вместо крестовых сводов с круглыми столпами Успенского собора. При традиционности конструктивно-планировочного решения собор был украшен элементами светской ренессансной архитектуры.

В западной части храма Алевиз соорудил для семьи князя двухъярусную паперть с приделом св. Акилы.

Здание построено из белого камня. В XVI веке собор был расписан. Но эти ранние фрески сохранились только в дьяконнике, где была устроена усыпальница царя Ивана Грозного. В середине XVII века обветшавшая роспись была сбита и заново исполнена по снятым со стен прорисям.

В росписи Архангельского собора участвовали лучшие живописцы из разных городов во главе с мастерами Оружейной палаты.

Наиболее примечательной частью стенописи является «портретная» галерея нижнего яруса, состоящая из условных изображений реальных исторических лиц, погребённых в соборе. В галерее более шестидесяти «портретов» великих московских и удельных князей, среди которых портреты Василия II Темного, Ивана Калиты, Дмитрия Донского, Ивана III, Владимира Андреевича Храброго и его внука Василия Ярославича и других. Портреты погребённых в соборе в конце XVI–XVII веке царей были написаны уже на досках яичной темперой или на холстах.

Изображение великого князя Василия III представлено на самом почётном месте – на северо-западном столпе напротив главного входа в храм. На других столпах помещены в нижнем ярусе фигуры князей Владимиро-Суздальской и, в верхнем, Киевской Руси.

В соборе-усыпальнице стоят сорок шесть княжеских гробниц московских князей и царей, начиная с Ивана Калиты и заканчивая Иваном V Алексеевичем, братом Петра I. Исключение составляют князь Даниил Александрович, погребенный в Даниловом монастыре, и князь Юрий Данилович, брат Калиты, похороненный в Успенском соборе, а также Борис Годунов. Его останки были выброшены отсюда в 1606 году Лжедмитрием и отвезены в Троице-Сергиеву лавру. Также в Архангельском соборе похоронен император Пётр II, умерший в 1730 году в Москве от оспы. Здесь же были упокоены мощи князей Михаила Всеволодовича Черниговского и его боярина Федора, погибших в Орде в 1246 году.

Кроме того, в соборе находятся гробницы многих удельных князей из Московского княжеского дома.

Кстати, до Петра I существовал обычай класть на гробницы князей и царей в Архангельском соборе челобитные, которые были адресованы непосредственно царю.

В 1636–1637 годах все древние надгробия были заменены новыми, выложенными из кирпича, с резными белокаменными стенками. В 1903 году надгробия были покрыты бронзовыми футлярами.

Над погребением царевича Дмитрия, останки которого были перенесены в собор в 1606 году Василием Шуйским, высится белокаменная сень, украшенная резьбой. На серебряной раке надгробия – чеканное изображение царевича.

Росписи Архангельского собора неоднократно реставрировались. Серьезная реставрация иконостаса была произведена после 1812 года.

Главной святыней собора является храмовая икона «Михаил Архангел с житием», одна из самых древних на Руси житийных икон этого небесного воителя. Легенда связывает её создание в конце XIV века с именем княгини Евдокии, вдовы Дмитрия Донского.

Архангельский собор пострадал во время Отечественной войны 1812 года. Французы устроили в алтаре походную кухню для Наполеона и склад провианта. В 1917 году собор был поврежден при обстреле Кремля и в 1918 году закрыт. В 1929 году, после сноса в Кремле Вознесенского монастыря, где была усыпальница цариц и великих княжон, в подклет Архангельского собора перенесли их останки.

С 1955 года в Архангельском соборе работает музей. В 1970–х годах была сделана внешняя реставрация собора.

В 1991 году патриарх Алексий II провёл богослужение над мощами святого благоверного князя Дмитрия Донского, причисленного к лику святых

С того времени возродилась традиция богослужений в соборе Святого Архистратига Михаила (Архангельском соборе) в Кремле. Особенно торжественно проходят божественные литургии в день собора Архистратига Божия Михаила и прочих Небесных Сил бесплотных.