Первое упоминание о храме во имя святого пророка Божия Илии в Саратове относится к 1692 году, когда на южной окраине города была заложена деревянная церковь. Она дала название не только кладбищу, но и формировавшейся вокруг храма площади, и начинавшейся от нее улицы. В 1772 году на этом месте было открыто новое кладбище, а сама площадь образовалась на рубеже XVIII-XIX столетий, когда городская застройка вплотную подошла к церкви и окружающему ее погосту.
Согласно дневниковой записи саратовского протоиерея Николая Скопина за 1810 год, деревянная Ильинская церковь была «запечатана за ветхостью». В 1818 году на том же месте построена каменная церковь на средства саратовского гражданского губернатора А.Д. Панчулидзева и купца И.Ф. Горбунова. Колокольня возведена в 1832 году. Храм был крыт железом, имел три престола: главный во имя святого пророка Божия Илии, правый придел во имя святителя Николая Чудотворца и левый в честь Казанской иконы Божией Матери.
В 1836 году в связи с ростом города Ильинское кладбище было закрыто, часть погоста отдана под застройку 161-го городского квартала. С 1840 года церковь из кладбищенской становится приходской. При расширении храма в 1888-1889 годах приделы были перенесены из трапезной в ряд с главным престолом. При храме действовала церковно-приходская Ильинская женская школа и шесть городских начальных школ. На 1912 год в штате причта состояли три священника, диакон и три псаломщика.
13 августа 1934 года президиум Саратовского горсовета вынес решение о закрытии Ильинской церкви, после чего она была снесена. На месте храма построено здание профессионального технического училища, а на большей части площади разбит сквер. В 1993 году площади возвращено историческое название.
В 2007 году Саратовская епархия предприняла шаги к воссозданию храма. В 2012 году обустроен временный храм в приспособленном помещении, где начались регулярные богослужения. Строительство нового здания по «Программе строительства 20 православных храмов в г. Саратове» начато в июле 2016 года. 24 декабря 2017 года совершены чин положения антиминса и первая Божественная литургия. Великое освящение храма совершено 25 августа 2018 года.