Церковь стала первым каменным зданием, а также первым собором, построенным в городе-курорте. Православный храм очень хорошо просматривается с моря, из ялтинской долины и с гор. При активном содействии графа М.С.Воронцова строительство здания началось в 1835 году. Проект величественного храма подготовил архитектор Г. И. Торичелли.
Непохожий на традиционные православные церкви храм Иоанна Златоуста скорее напоминает английские усадьбы в псевдоготическом стиле. Его стены были окрашены в охристые тона, а пять шатровых куполов покрыли сусальным золотом. Трехъярусная колокольня собора стала главным ориентиром Ялты, сооружение возвышалось над уровнем моря на 45 метров.
В 1878 году собор перестроили, добавив к нему голубой купол в византийском стиле. Расширенное здание увенчали позолоченным крестом. В числе сооружений на территории храма появилась церковно-приходская школа. В советское время церковь пришла в упадок, только в 1998 году ее восстановили в первоначальном виде.