Строительство храма осуществлялось по проекту архитектора Александра Глебовича Успенского, сына известного русского писателя Глеба Ивановича Успенского.Освящение церкви состоялось в 1912 году.
Архитектурно здание представляет собой пятиглавый храм в стиле эклектики. Центральный барабан является световым, тогда как четыре малых главки — глухие. Церковь одноапсидная, с хорами и надвратной четырехпролетной звонницей, имеющей один ярус звона.
После освящения в 1912 году храм функционировал как приписной, без собственного духовенства; богослужения проводились священниками из Успенской церкви города Чудово, которая впоследствии была разрушена.
В 1931 году, в период советской власти, церковь была закрыта. Здание использовалось для различных нужд, включая размещение летной школы ОСОАВИАХИМа. В этот период улица, на которой расположен храм, была переименована в улицу Воинствующих безбожников.
В 1942 году, во время Великой Отечественной войны, церковь была вновь открыта и вошла в юрисдикцию Псковской миссии. Точные сведения о духовенстве того времени отсутствуют. После освобождения города в январе 1944 года богослужения продолжались до 1962 года, когда храм вновь был закрыт под предлогом близости детского сада. Верующим было предложено перенести богослужения в труднодоступное место на окраине Чудова, в деревню Гудалово.
В 1989 году здание церкви было возвращено верующим. К тому времени оно находилось в неудовлетворительном состоянии: отсутствовали купола, крыша была повреждена, настенная живопись уничтожена сыростью, пол провален, а в подвале стояла вода глубиной до полутора метров. Сначала был отремонтирован правый придел в честь святителя Николая, где осенью 1989 года начались богослужения, продолжавшиеся во время реставрации основного храма.
Среди священнослужителей, служивших в Казанской церкви, можно отметить протоиерея Павла Николаевича Короткевича, который был настоятелем храма с 1954 по 1975 год, и протоиерея Петра Григорьевича Владимирова, служившего в храме с 1989 по 1993 год.
