21–22 декабря 2001 года в завершенном строительством храме состоялось первое богослужение: Всенощное бдение и Литургия. По благословению архиепископа Тобольского и Тюменского Димитрия освящение престола иерейским чином совершил благочинный Ханты-Мансийского благочиния протоиерей Алексий Сидоренко.
В январе 2007 года при храме была организована социальная служба, занимающаяся сбором пожертвований и их передачей в городской Центр социального обслуживания населения «Гелиос», а также непосредственно нуждающимся гражданам. В 2010 году руководство Пыть-Яхской окружной больницы передало приходу помещение для оборудования храма в честь святых мучеников и бессребреников Космы и Дамиана, где в январе 2011 года было совершено первое богослужение.
30 ноября 2010 года в храме был установлен резной иконостас, а 29 ноября 2011 года в него были помещены иконы, написанные мастерами «Троицкой иконописной мастерской» из Сергиева Посада. 22 декабря 2011 года при храме было организовано сестричество во имя святых мучеников бессребреников Космы и Дамиана.
В сентябре 2011 года указом Управляющего Ханты-Мансийской епархией было учреждено Нефтеюганское благочиние, в состав которого вошел приход храма в честь иконы Божией Матери «Нечаянная Радость». В октябре того же года приход был зарегистрирован в составе вновь образованной Ханты-Мансийской епархии.
В последующие годы храм продолжал развивать свою деятельность. 26 ноября 2018 года администрация города передала приходу в собственность здание храма, расположенное по адресу: улица Православная, 1. В апреле 2019 года в храме была проведена реконструкция накладных элементов иконостаса и напольных киотов. 28 сентября 2019 года митрополит Ханты-Мансийский и Сургутский Павел совершил Великое освящение храма.
В мае 2020 года в храме были установлены 14 напольных киотов с иконами, изготовленными по образцу иконостаса. В июне 2021 года были установлены ограждения у напольных киотов, а в октябре 2022 года в храме было установлено новое паникадило, пожертвованное ООО «ЭКОТОН».
