Свято-Сергиевский кафедральный собор расположен в Кировском районе Уфы, на левом берегу реки Сутолока, на пересечении улиц Менделеева и Бехтерева, недалеко от памятника Монумент Дружбы. Собор также называют церковью Святого Сергия Радонежского, но чаще всего просто Сергиевская церковь. В Уфе только она и Церковь Покрова Пресвятой Богородицы, построенные на месте древних церквей начала XVII века, чудом сохранились во времена массового уничтожения православных святынь, и стоят поныне как памятники первым православным храмам Уфимского края. Первая церковь в самом начале Сергиевской горы возникла в конце XVI века. Она была основана для защиты Уфы московскими стрельцами и пушкарями от башкирцев и прочих кочевников. Московские и уфимские стрельцы особо чтили Сергия Радонежского, именно в его честь выстроили они первый храм за рекой Сутолокой. Первая церковь простояла 2 века, и сгорела в 1774 году. Вторую Сергиевскую церковь построили в 1777 году. Просуществовала она до 1860-х годов. Нынешняя церковь - третья Сергиевская церковь. Ее возвели в 1868 году. В архитектурном плане она весьма скромна, и скорее напоминает сельскую приходскую церковь - однопрестольная деревянная на каменном основании. Большую роль в ее строительстве сыграл о. Феодор Троицкий - друг и наставник М.В. Нестерова. Он написал немало икон, позолотил иконостас и многие киоты. По преданию, и сам Нестеров написал несколько икон для Сергиевской церкви. В 1894 году на средства купца I-й гильдии Ф.Е. Чижева поставлен нынешний иконостас, один из немногих сохранившихся в уфимской епархии иконостасов того времени. Его изготовил резчик Трапезников.
С 1933 года, после уничтожения Воскресенского собора и Никольской церкви, маленькая Сергиевская церковь стала называться Сергиевским кафедральным собором Уфимской епархии. До 1937 года здесь служили уфимские протоиереи новомученники: Н.В. Булычев, Ф.В. Геллертов, В.С. Константиновский, И.С. Егоров, И.Ф. Слесарев во главе с епископом новомученником Григорием. Сергиевская церковь - единственная из уфимских церквей, которая никогда не закрывалась, но в период с 1937 по 1942 годы службы не велись, поскольку все уфимское духовенство было арестовано, расстреляно или отреклось от сана. В послевоенные годы, вплоть до недавних пор, Сергиевская церковь была центром православной жизни Уфимской епархии.
В послевоенные годы в церкви не раз проводился ремонт, поэтому от первозданного убранства здесь остался только Трапезниковский иконостас.
С 2000 года на Духов день от церкви начинается ежегодный крестный ход вокруг Уфы, посвященный основанию города в день Святой Троицы 1574 года. Через 5 дней, обогнув город и посетив несколько пригородных церквей, крестный ход возвращается в Сергиевскую церковь.
В церкви находится много икон с частицами мощей святых угодников. В 2002 году к ним прибавились святые мощи новопрославленного Моисея Уфимского чудотворца.