Приход Русской Православной Церкви в Мадриде существует с 1761 года, с момента, когда в Мадриде указом императрицы Екатерины II была учреждена посольская церковь, в которую морем были направлены причт и необходимая утварь. Наибольший вклад в дело процветания посольского храма св. равноапостольной Марии Магдалины внес священник Константин Кустодиев, служивший в нём с 1865 по 1870 гг. Богослужения в церкви совершались вплоть до ее упразднения в 1871 году, когда иконостас и утварь из нее были перевезены в Буэнос-Айрес (Аргентина).
С закрытием храма святой равноапостольной Марии Магдалины регулярные православные богослужения в Мадриде прекратились и были возобновлены только после окончания Второй мировой войны.
Храм святой мученицы царицы Александры, существовавший в послевоенную эпоху, располагался в арендованных помещениях.
Богослужения Христорождественского прихода, учрежденного в 2001 году, совершались поначалу дома у первого настоятеля иеромонаха Арсения (Соколова), затем в бывших магазинах, переговорных пунктах и мастерских.
В январе 2004 года на приход прибыл новый настоятель о. Андрей Кордочкин, который с первых же дней после своего приезда в Мадрид взял под свою духовную опёку молодой приход. При его непосредственном участии мадридский Христорождественский приход смог осуществить свою многолетнюю мечту: иметь свой храм на испанской земле.
9 июля 2010 г. в мэрии Мадрида было подписано соглашение о выделении городскими властями участка земли Русской Православной Церкви для строительства храма. Подписание договора о передаче земли для строительства стало плодом многолетних усилий Посольства РФ в Мадриде и лично Посла — Александра Игоревича Кузнецова.
5 октября 2011 г. было получено разрешение на строительство. 6 декабря 2011 г. архиепископом Егорьевским Марком и епископом Корсунским Нестором был освящен закладной камень будущего храма.
Само строительство было начато через несколько дней после церемонии. В состав Попечительского совета, вместе с архиепископом Егорьевским Марком — секретарем Московской Патриархии по зарубежным учреждениям, вошла Государыня Великая Княгиня Мария Владимировна Романова, которая живет в Мадриде.
Строительство стало возможным благодаря поддержке благотворительного фонда «Транссоюз», испанской вагонностроительной компании «Тальго» и многих других, кто принес малую жертву от своих трудов.
Первое богослужение было совершено в Великий Четверток 2 мая 2013 года.
Каменный иконостас был установлен в 2015 году.
18 января 2019 года храму святой равноапостольной Марии Магдалины был присвоен статус Кафедрального собора епархии.
В начале 2022 году начались работы по росписи стен фресками, которые завершились в конце 2023 года.
Состав прихожан многонационален. Есть среди них русские, украинцы, молдаване, армяне, грузины, болгары, испанцы, а также представители Северной и Южной Америки.