Памятник архитектуры XI-XVIII веков, первая каменная постройка на территории Белоруссии.
XI-XV века
С 1030 по 1060 год на месте впадения реки Полоты в Западную Двину князь Всеслав Брячиславич воздвиг каменный храм во имя Св. Софии. Он был выстроен в византийском стиле и имел семь глав, три алтарные апсиды и княжеские хоры. При строительстве использовалась плинфа.
В XV веке в результате перестроек собор приобрел вид мощной крепости.
XVI-XVIII века
В 1579 году Полоцк вошел в состав Великого Княжества Литовского. После принятия Речью Посполитой Брестской унии в 1596 году, Софийский храм перешел к униатам. В 1607 году в самом городе произошел большой пожар, пострадал и собор. В 1618 году униатский епископ Иосафат Кунцевич, известный противник православия, возглавил процесс восстановления храма. Вскоре епископ стал жертвой расправы: насаждая жестокими мерами греко-католичество, он вызвал бурное недовольство местных жителей. Последние безрезультатно подавали на него жалобы в сейм, а затем, во время Витебского восстания 1623 года, убили Кунцевича и сбросили его тело в Двину. Правительство приговорило многих бунтовщиков к казни, а прах ненавистного епископа был захоронен в Софийском соборе. В память о нем был отлит колокол.
Полоцк был взят русскими войсками во время русско-польской войны, и с 1654 по 1667 год София была православной, после чего опять перешла к униатам.
В 1705 году царь Петр I посетил Полоцк и храм Св. Софии. Здесь между ним и униатскими монахами случился конфликт, в результате которого четверо монахов были убиты. Петр приказал закрыть собор и устроить в нем пороховой склад. В 1710 году он взорвался. Собор до 1738 года пролежал в руинах.
Восстановление храма начал униатский архиепископ Флориан Гребницкий. В 1738-1750 годах архитектор Иоганн Глаубиц заново отстроил собор в стиле виленского барокко. Теперь он представлял собой трехнефную одноапсидную базилику с барочными колоннами и фигурными карнизами. От постройки 1060 года сохранились фрагменты нижней кладки стен и правая апсида. Рядом с входом в храм был установлен Борисов камень с высеченными на нем крестами.
XIX-XXI века
Во время войны 1812 года собор использовался французами в качестве конюшни. В 1839 году по результатам церковного собора храм перешел обратно к православной церкви.
В 1911-1914 годах здесь был проведен капитальный ремонт. В 1924 году храм был закрыт, в нем открылся краеведческий музей. В 1942-1944 годах, в период немецкой оккупации, собор снова стал действующим, затем был закрыт опять. В 1985 году у храма появился орган.
Сейчас Софийский собор входит в состав Полоцкого историко-культурного музея-заповедника. В нем проходят ежегодные фестивали камерной и органной музыки.
5 июня в соборе празднуется память св. Ефросиньи Полоцкой.
