Ещё в начале XII века Суздальская земля была захолустьем на северо-востоке Руси, но уже в начале XIII века она становится княжеством, играющим решающую роль в жизни страны. При Всеволоде Большое Гнездо Владимиро-Суздальское княжество достигает наивысшего могущества. В ознаменование расцвета Владимирской земли Всеволод решил построить на княжеском дворе, в сотне метров от Успенского собора свой «личный», придворный храм. Между 1194 — 1197 годами князь воздвиг церковь, украшенную белокаменной резьбой, и освятил её в честь своего небесного покровителя — Дмитрия Солунского. В те времена князья носили два имени: княжеское и христианское, данное при крещении. Всеволоду досталось имя Дмитрий. За многодетность Всеволод получил прозвище «Большое Гнездо». Ко времени строительства собора у князя родился сын Дмитрий, что стало ещё одним поводом освятить храм в честь великомученика Дмитрия.

Издревле святой Дмитрий почитался как покровитель воинов. Согласно житию, Дмитрий занимал должность проконсула в греческом городе Фессалоники (другое название — Солунь, современные Салоники). Помимо задач управления, проконсул должен был оборонять город от варваров и истреблять христианство. Защищая границы, Дмитрий проявил себя как талантливый полководец, но разгневал языческого императора Галерия тем, что проповедовал христианскую веру. Дмитрия закололи копьями в тюрьме, а после казни его тело бросили на растерзание диким зверям, но те не тронули его, и христиане Фессалоник предали останки земле.Будучи в Фессалониках, христианский император Константин (306 — 337 гг.) на месте казни великомученика основал церковь, в которой и по сей день хранятся мощи Дмитрия Солунского. Историки полагают, что создание реликвария могло быть задумано Всеволодом Большое Гнездо задолго до того, как он стал владимирским князем. В возрасте восьми лет малолетний Всеволод вынужден был покинуть Русь в 1162 году вместе с матерью и братьями — под давлением старшего брата, Андрея Боголюбского. Мать Всеволода — византийская принцесса — поселилась в Константинополе, при дворе императора Мануила Комнина, где св. Дмитрий почитался как покровитель императорской семьи. Через 7 лет, которые Всеволод провел в изгнании, он вернулся на родину и вскоре занял прочное положение на Владимирском столе, и получил возможность впоследствии осуществить свой замысел — построить дворцовый Дмитриевской собор. Всеволод Большое Гнездо, создавая придворный храм, съездил в Фессалоники и привёз оттуда реликвии. В качестве святынь Дмитриевского собора были избраны икона великомученика Дмитрия, написанная, по преданию, на его гробовой доске, и частица одежды, пропитанная кровью святого. Дмитриевский собор во Владимире представляет собой византийский тип храма с четырьмя столпами и тремя полукруглыми апсидами. Здание увенчано пологим золочёным куполом и ажурным крестом из прорезной золочёной меди с флюгером в виде голубя. Летопись сообщает, что для строительства храма Всеволод пригласил русских зодчих и «не искал мастеров от немец». Однако над отделкой трудились не только владимирские резчики, но и греческие искусники, поэтому в белокаменном убранстве собора преобладают элементы, характерные для западных средневековых базилик. Техника кладки, декоративные ложные арки на фасаде, перспективные порталы и окна заимствованы из романской архитектуры. Первоначально собор окружали галереи, соединявшие его с великокняжескими палатами. Переход был разобран в 1837 — 1839 годах, во время реставрации, проведенной по приказу императора Николая I. Из-за обилия белокаменной резьбы, покрывающей стены храма и барабан купола, Дмитриевский собор называют «поэмой в камне», «ковром из каменных узоров». 566 резных камней создают причудливую картину мира, где христианские мотивы переплетаются с языческими образами. На стенах храма земной мир представлен во всём многообразии: здесь изображены реальные и мифические животные, воинственные всадники, псалмопевцы и святые. Резные композиции прославляют величие владимирского князя, такого же мудрого как царь Давид, бесстрашного как Александр Великий и сильного, как библейский богатырь Самсон. Главной скульптурной композицией является Давид-музыкант, которого слушают звери и птицы. Окружающие царя львы и голуби символизируют небо и землю, и, следовательно, Давид выступает на миниатюре как представитель Бога на земле и олицетворяет собой идею богохранимого государства.В центральном своде под хорами сохранились фигуры 12 апостолов-судей на престолах и ангелы позади них. В малом своде под хорами — сцены рая: трубящие ангелы, апостол Петр, ведущий в рай святых жен, благоразумный разбойник, «Лоно Авраамово» с праотцами Авраамом, Исааком и Иаковом, а также Богоматерь на престоле. Росписи Дмитриевского собора представляют собой оригинальный вариант классического византийского стиля конца XII века. Их отличает одухотворенность образов, пластичность фигур, тонкие сочетания красок. Особенно поражает воображение совершенная красота ангельских ликов. Следует отметить также необычную для того периода реалистичность в изображении апостольских ликов, имеющих индивидуальные черты. Необычно также развернутое изображение райского сада: деревьев с пальмовыми ветвями; решетка, поддерживающая виноградные лозы; птицы, клюющие виноград. Вероятно, живописцы прибыли во Владимир из византийского города Фесаллоники, откуда происходят священные реликвии Дмитрия Солунского.

На северном фасаде собора можно увидеть и самого создателя храма: на одной из закомар изображён человек, восседающий на троне с младенцем на коленях. Это князь Всеволод Большое Гнездо с младшим сыном. Рядом с ним высечены фигуры старших сыновей. Дмитриевский собор намного красивее снаружи, чем внутри. Его интерьеры оформлены скромно. Из старинных фресок XII века сохранился лишь фрагмент росписи «Страшный суд», выполненной греческим мастером и его русским помощником. Храм невелик, ведь он строился исключительно для княжеской семьи и не был рассчитан на прихожан и богомольцев. Широкие своды и спокойный ритм поддерживающих арок придают внутреннему убранству строгую торжественность. В 1237 году храм разделил судьбу столицы Владимирского княжества. Разграбленный и поврежденный татарами, собор впоследствии еще неоднократно горел и подвергался разграблениям. Он пережил разрушительные пожары в 1536, затем в 1719 и в 1760-е годы. Известно, что еще в XV веке велись ремонтные работы, инициаторами которых были московские князья. В начале XVI века собор еще числился великокняжеским, но позже это значение потерял. В XVI-XVII веках собор подновлялся, частично утрачивая старые конструктивные и декоративные элементы. По мнению некоторых исследователей самый большой урон был причинен зданию в XIX веке и отнюдь не пожаром. В 1834 году, во время посещения Владимира император Николай I обратил внимание на крайнюю ветхость и бедность храма и пожелал привести собор в «первобытный вид». Усердные «реконструкторы» разобрали в 1837—1839 годах окружавшую собор с юга, запада и севера галерею, подведенную под уровень аркатурно-колончатого пояса, а также примыкавшие с севера и юга башни с внутренними лестницами, ведущими на хоры. Эти невосполнимые потери не только исказили облик храма, но и сильно ослабили его конструкцию. В 1840—1847 годах состоялся ремонт и внутри здания: стены были заново расписаны, при этом погибли древние фрески, пол опущен, устроен новый иконостас, винтовая лестница на хоры.После 1917 года Дмитриевский собор сохранил свое значение как памятник древнерусского искусства. В 1918 году в нем работала Комиссия по сохранению памятников живописи под руководством И.Э. Грабаря. Именно в это время под хорами были обнаружены фресковые росписи XII века, изрображающие эпизоды их сцены «Страшного суда», что стало важным культурным событием Однако уже в 1919 году собор был закрыт для богослужений и передан Владимирскому музею. Отопление бездействовало, разрушались конструкции, настенные росписи, белый камень. Здание собора было в плачевном состоянии, требовавшем экстренного возобновления ремонтных работ, которые были начаты только в 1937 году. Несмотря на военные действия Великой Отечественной Войны, архитектор А.В. Столетов сумел провести работы по укреплению конструкции собора в 1941 г. К проблеме сохранения белого камня архитекторы обратились только в 1974—1980-е годы, а окончательный этап восстановительных работ был осуществлен совсем недавно — в 1999—2004 годах: белый камень был покрыт защитной пластической смесью, устроены водосточные трубы, заменен крест на куполе и создан специальный микроклимат внутри собора, позволяющий сохранить этот выдающийся памятник. В настоящее время в храме находится музей, а сам Дмитриевский собор включен в Список Всемирного культурного наследия ЮНЕСКО.