Църквата Света Неделя заема мястото на стария площад Коручешме, който се славел със свой извор, засенчван от вековни дървета.Днес площадът се нарича „Света Неделя“.
Вероятно първата църква е била построена през X в. В началото на 50-те години на XIX в. Софийската митрополия и Софийската градска църковна община решили да изградят нов катедрален храм.
През май 1856 г. започва строежа на новата църква. Тя е трикорабна базилика с дължина 35,5 метра и ширина 19 метра.
Църквата „Света Неделя“ е разрушена на 16 април 1925 г. при комунистически атентат по време на опелото на генерал Константин Георгиев.Тогава са убити 193 души, ранените са около 500. Смята се, че това е най-тежкият терористичен акт в историята на България, а по това време и в света.
След този кървав терористичен акт на БКП църковното настоятелство на църквата „Света Неделя“ възлага възобновяването на храма.
До пролетта на 1933 г. е изграден един почти нов, огромен централно-куполен храм с дължина – 30 метра, ширина – 15,50 метра и височина с купола – 31 метра. В храма е върнат оцелелият двуредов позлатен иконостас.
Олтарната част на новия храм била значително разширена, като отново били оставени три престола. Централен – в чест на света великомъченица Неделя; северен – в чест на Св. архангел Михаил и южен – на Св. първомъченик и архидякон Стефан.
Пред този южен престол е поставена раклата с мощите на Св. Стефан Милутин. Под купола на камбанарията били окачени 11 камбани – 8 подарени от княз Дондуков-Корсаков през 1879 г., две изработени в Сърбия и една отлята в България.
Храмът е тържествено осветен на 7 април 1933 г.
През 2002 г. в камбанарията е монтирано устройство за автоматично биене на камбаните.
