Предание приписывает основание монастыря первому киевскому митрополиту Михаилу. Первый храм в честь Архангела Михаила был заказан в 1108 году князем Святополком Изяславичем (в крещении Михаилом) на месте Дмитриевского монастыря, построенного предположительно его отцом — Изяславом Ярославичем (в крещении Димитрием).
Возведённый в 1108—1113 годах Михайловский собор имел особое значение для киевлян, ибо был посвящён архангелу Михаилу — небесному покровителю Киева. В XII веке монастырь был местом захоронения князей.
Предполагается, что при церкви был тогда же учреждён и монастырь. С древнейшей поры церковь носит название Златоверхой, вероятно, потому, что была единственной в то время церковью с золочёным верхом. Ко времени Святополка предание относит и перенесение в Киев из Константинополя в 1108 году главной святыни Златоверхого монастыря, мощей святой великомученицы Варвары.
В середине 1930-х годов, после переноса столицы УССР из Харькова в Киев, было принято решение о сносе собора и строительстве на его месте административных зданий. Попытки ряда искусствоведов (в частности, репрессированных Николая Макаренко, Дмитрия Айналова) сохранить собор (хотя бы домонгольскую его часть) были отвергнуты властями, которые согласились только на снятие со стен здания древних мозаик и фресок. В 1934—1935 годах сохранившиеся мозаики сняты на новое основание и перенесены в Софийский собор (группа реставраторов под руководством Владимира Фролова). Для мозаики «Евхаристия» в выставочном зале Софийского собора построили специальную стену, по форме повторяющую апсиду Михайловского собора. Были сняты и перенесены в музеи Ленинграда (Эрмитаж), Москвы(Третьяковская галерея) и Киева (Софийский собор) некоторые фрески. (По материалам Википедии).
Мозаики собора, выполненные в 12-м веке константинопольскими мастерами — несомненный шедевр христианского искусства. Все чаще их приписывают руке киевского иконописца Алипия. Однако это совсем маловероятно. Фрески, по мнению В.Н.Лазарева, могут быть приписаны местным киевским мастерам.