До 1837 года жители деревни Сухоложской относились к приходу Знаменского села. После строительства в Знаменском каменного храма прежняя деревянная церковь стала излишней, и её перенесли в деревню Сухоложскую, где она функционировала как приписная кладбищенская церковь. В 1837 году был образован самостоятельный приход. К 1902 году в приходе числилось 1004 мужчины и 1165 женщин, все православные земледельцы. В селе также функционировала земская школа.
В 1865 году на месте обветшавшей деревянной церкви был построен и освящён каменный храм во имя Богоявления Господня. Архитектурный облик храма представляет собой сочетание элементов классицизма и русского стиля, характерное для эклектики. Здание выполнено в виде восьмерика на четверике с шатровой колокольней. Первый этаж построен из белого камня, верхняя часть — из красного кирпича. Высота храма с крестом составляет 24,5 метра, высота шатровой колокольни с крестом — около 29 метров. Особенностью является луковичный купол и мозаичное окно под ним.
После революции храм, как и многие религиозные учреждения, подвергся закрытию. В 1932 году его закрыли, имущество частично передали в специальные комиссии, купол и колокола были демонтированы. В последующие годы здание использовалось под различные нужды: в 1957 году в нём разместили клуб, затем библиотеку, а с 1971 года — лыжную базу.
В 1999 году здание храма было возвращено Русской Православной Церкви, после чего начались восстановительные работы. Малое освящение состоялось в 2001 году. В апреле 2008 года в Сухом Логу стартовал проект «Золотые купола Сухоложья», направленный на восстановление и сохранение культурного наследия храмов и церквей городского округа.
