Ещё в 1859 году из Малой домовой церкви Зимнего дворца в Санкт-Петербурге в Херсонес было передано в мраморном ковчеге в виде Евангелия частичку мощей св. равноап. князя Владимира. Эту святыню после сооружения Владимирского собора поместили в Нижнем храме рядом с историческими руинами древней базилики. В алтаре верхнего храма находился список с чудотворной Корсунской иконы Божьей Матери, по преданиям, перенесенной князем Владимиром из Херсонеса. Всего в собор было передано мощи 115 святых.