В декабре 1913 года, по инициативе епископа Омского и Павлодарского Андроника (Владимира Никольского), было принято решение о строительстве храма в честь иконы Божией Матери «Знамение». Толчком к этому послужило прибытие в Омск точной копии чудотворной Новгородской иконы «Знамение». Первоначально икона хранилась в домовой церкви епископа Андроника.
В феврале 1914 года был определён участок под строительство храма. Сбор средств на строительство осуществлялся при активном участии епископа Андроника, а строительные работы велись под руководством подрядчика И.П. Окиншева. Проект предусматривал размещение в здании не только церкви, но и помещений для школы и миссионерской деятельности. Однако летом 1914 года епископ Андроник был переведён на другую кафедру, и завершение строительства происходило без его участия.
Строительство храма затянулось из-за начавшейся Первой мировой войны и последовавшей Гражданской войны. Тем не менее, в 1918 году храм был освящён епископом Сильвестром. Первым настоятелем церкви стал протоиерей Василий Пляскин.
Архитектурно храм представляет собой одноэтажное здание из красного кирпича, вытянутое с запада на восток, с трёхчастной апсидой и узким притвором. Под зданием расположен вместительный подвал. Декор выполнен в стилизованной русской манере. Первоначально колокольня была построена отдельно, но в 1923 году её разобрали и установили новую над притвором.
В 1938 году, в период антирелигиозной кампании, храм был закрыт. Здание использовалось под различные нужды: в 1940-х годах здесь размещалась шиномонтажная мастерская, позже — автошкола. Купола и колокольня были демонтированы. Церковные ценности были изъяты, часть отправлена в Москву, часть передана в местные дома культуры, а более 100 ценных икон уничтожены.
В начале 1990-х годов здание было возвращено Омско-Тарской епархии. Началось восстановление храма, который был включён в местный реестр охраняемых памятников архитектуры. В 1999 году по проекту архитектора П.А. Самосудова были восстановлены луковичная главка и шатёр над апсидой.
