Согласно преданию, в конце XVII века, во время одного из набегов кочевников, монах, скрываясь от преследователей, обнаружил в камышах под горой источник, в котором была найдена икона Божией Матери «Живоносный Источник». После обретения иконы на этом месте была построена деревянная часовня, а затем и первая церковь. В 1807 году над источником была возведена каменная часовня, сохранившаяся до наших дней. В 1812 году рядом с ней на средства помещика Николая Саввича Печерина была построена небольшая каменная Казанская церковь. В 1871 году рядом с Казанской церковью был воздвигнут величественный пятиглавый собор в честь иконы Божией Матери «Живоносный Источник». Согласно преданию, источник бьёт под алтарём храма, а вода по трубам подведена к месту, где она струится и ныне. Между собором и церковью была построена высокая стройная колокольня.
Архитектурно храм представляет собой монументальное здание в стиле классицизма. Фасады украшены декоративными элементами, характерными для архитектуры того периода. Внутреннее убранство храма отличалось богатой лепниной и росписями. Храм был построен на средства прихожан и пожертвования верующих, почитавших чудотворную икону.
В советский период храм был закрыт, а здание использовалось как овощехранилище. Решением облисполкома от 6 июня 1985 года Животворный родник был объявлен водным памятником природы, и посягательства на его жизнь прекратились.
В 1996 году в Большой Валяевке был восстановлен православный приход. Первоначально была восстановлена часовня, затем — Казанская церковь. С 2006 года ведётся реставрация непосредственно церкви в честь иконы Божией Матери «Живоносный Источник». К 2009 году стены храма были в целом восстановлены.