Първи предстоятел след освещаването на храм-паметника през месец септември 1924 г. е свещеноиконом Георги Стайков, родом от град Чирпан.  Той се отличавал с това, че бил много добър проповедник. Отец Стайков поел управлението на храм-паметника, като същевременно завеждал отдел „Църковна благотворителност“ при Св. Синод на Българската православна църква.

Втори предстоятел станал архимандрит Борис, впоследствие Неврокопоски митрополит – убит мъченически от ръката на низвергнат свещеник на 8 ноември 1948 г. От 2016 г. се започна процедура по канонизация на митрополит Борис.

Трети предстоятел на Патриаршеската катедрала е протопрезвитер, академик, доктор Стефан Цанков.

Четвърти предстоятел на Патриаршеската катедрала е Макариополски епископ д-р Николай. Приемник на отец Цанков, перфектен литургист, много добър теноров глас с безупречна музикална грамотност, органист.

Пети предстоятел е Проватски епископ Антоний.

Шести предстоятел е Негово Високопреосвещенство бивш Нюйоркски митрополит Геласий. Той, като епископ и главен секретар на Св. Синод, на няколко пъти заемал тази длъжност и на края, вече като митрополит без катедра.

Седми предстоятел е Пловдивският митрополит Арсений, епископ и главен секретар на Св. Синод. Осми предстоятел на храма-паметник е Негово Високопреподобие свещеноархимандрит Йоан, сега Главиницки епископ.

Девети предстоятел за кратко време е бил сегашният Сливенски митрополит Йоаникий, като епископ преди избора му за Сливенски митрополит.

Десети предстоятел е Траянополският епископ Иларион, след освобождаването му като игумен на Бачковската св. обител, впоследствие Доростолски митрополит.

Единадесети предстоятел е Даговитийският епископ Йоан, след освобождаването му като Великотърновски викарий, до назначаването му за игумен на Рилската св. обител.

Двандесети предстоятел беше Негово Преосвещенство епископ Кирил, впоследствие Варненски и Великопреславски митрополит. По негово време се започват сериозни реставрационни работи в храм-паметник с дългосрочна план-програма, която приключи чак в 1996 година.

Тринадесети предстоятел е Негово Преосвещенство епископ Натанаил, впоследствие Неврокопски митрополит.

Четиринадесети предстоятел е Негово Преосвещенство епископ Неофит, впоследствие Български патриарх.

Петнадесети предстоятел е Величкият епископ Галактион, впоследствие Старозагорски митрополит.

Шестнадесети предстоятел за кратко време е бил Левкийският епископ Павел.

Седемнадесети предстоятел е Негово Високопреподобие свещеноархимандрит Борис, сега епископ Агатоникийски.

Осемнадесети предстоятел е Негово Преосвещенство Стобийски епископ Наум, който към днешна дата е Русенски митрополит.

Деветнадесети предстоятел е Негово Преосвещенство Тивериополски епископ Тихон

Двадесети  предстоятел на патриаршеската катедрала е архим. Дионисий, а след него – двадесет и първи предстоятел е Мелнишки епископ Герасим, който изпълнява и длъжността Главен секретар на Св. Синод.