Храм находится в Тбилиси, на левом берегу реки Куры (Мтквари), на холме Святого Ильи, в Авлабари, историческом центре столицы Грузии. Это третий по высоте православный храм в мире, после Храма Христа Спасителя и Исаакиевского собора.
Решение о строительстве собора было принято в 1989 году и его возведение приурочили к 1500-летию автокефалии грузинской церкви и к 2000-летию христианства. Сами работы проводились с 1995 по 2004 год, а первое богослужение в еще недостроенном соборе провели 25 декабря 2002 года.
Цминда Самеба – это крестообразный храм, увенчанный позолоченным куполом. В его архитектуре прослеживается синтез традиционного грузинского церковного зодчества и некоторые оттенки византийского архитектурного стиля. Высота собора без венчающего его креста – 98 метров, а сам крест – еще 7,5 метров. Здание площадью 5000 кв. метров может вместить до 15000 прихожан. Внутри храм украшен фресками и мозаикой, выполненными группой грузинских художников.