Знаменская церковь сгорала дотла два раза. Один раз во время пожара 1697 года, во второй раз во время опустошающего пожара в 1766 году. Тогда же на пепелище старой церкви и была заложена уже каменная церковь. (1768 г.). Строилась она на приходские деньги, а потому очень долго. Должна она , по задумке, быть холодной, но в процессе строительства было решено построить и теплый престол во имя Святителя Иоанна Златоуста. Несмотря на долгое строительство церковь была выдержана в одном стиле- сибирское барокко.
Главной святыней Знаменской церкви считается Икона Божьей Матери «Знамение».
Её история началась вместе с первой деревянной Знаменской церковью. Потому что, именно для неё она и писалась, как считают летописцы Спиридоном-иконописцем, который прибыл в Тюмень из Великого Устюга в начале 17 века. Находилась икона в иконостасе над царскими вратами, и сумела пережить два пожара, а также весь большевистский режим. Во время первого пожара её спасли прихожане, а вот во время пожара 1766 года, по преданию, уже сама икона спасла оставшуюся часть города. И все благодаря тому, что прихожане истово молились перед иконой. А когда построили каменную церковь, для неё предусмотрели специальную арку. Икону «Знамение» считают спасительницей Тюмени от холеры в 1848 году. Холера бич предыдущих веков. Она выметала целые города, и казалось, спасения от неё нет никакого. Она очень быстро расползалась по городу, наводя ужас на горожан. Городские улицы пустели… Прихожанину Знаменской церкви С.Е. Зубареву в разгар эпидемии приснилось, что если пройти с иконой «Знамение» вокруг города, то болезнь отступит. Так и было сделано, и что удивительно, болезнь действительно стала отступать, смертность пошла на убыль. И с тех пор Образ Тюменской Божьей Матери «Знамение» стал считаться чудотворным.
В 1949 году на средства купца Ивана Иконникова для тюменской святыни была изготовлена серебряная риза с двумя золотыми венцами и 35-ю драгоценными камнями. Во время всецерковного грабежа большевики не смогли пройти мимо этой ризы, сама икона их не заинтересовала. Её нашли на колокольне в 1945 году, когда собор ( тогда уже собор) вновь передали верующим. Чудотворная икона стояла лицевой стороной к стене. Её вначале даже приняли за обычный деревянный щит. А когда повернули, ахнули, поняли, что святыня вернулась. В конце 19 века сгорел придел Иоанна Златоуста. Он был вновь отстроен на деньги екатеринбургского купца и благотворителя Михаила Ивановича Иванова.
В 1904 году им же был пристроен северный придел-Никольский. Михаил Иванович Иванов до конца 19 века был обычным купцом. Торговал винной продукцией, участвовал в «золотых» экспедициях. Но в 1890 году он неожиданно для всех отходит от своих торговых дел и начинает заниматься благотворительностью. Каким-то образом он узнает о беде постигшей Знаменскую церковь и жертвует 55 т.руб. на восстановление сгоревшего придела и строительство Никольского. За эти благие дела Иванов становится почетным гражданином Тюмени. В 1913 году Знаменская церковь получает статус собора. Закрыли собор в 1929 году. В здании было решено устроить клуб физкультурников. Все логично, в здоровом теле здоровый дух. Правда, в результате там поселились курсанты. Была в здании и пересыльная тюрьма и машинно-тракторная станция.
После войны в 1945 году, церковь была передана верующим ,согласно постановления партии и правительства «О порядке открытия церквей».
Собор и сейчас действующий, но он так зажат среди городских построек, что разглядеть его великолепную архитектуру очень сложно. Впрочем, прихожанам, это не так и важно, главное, храм живет, дышит и помогает залечивать людские душевные раны.
