Церковь Казанской иконы Божией Матери в городе Великие Луки была построена в 1821 году на средства титулярного советника Григория Нечаева при участии доброхотных жертвователей. Храм возведен на территории городского кладбища, основанного в 1803 году, на месте ранее существовавшей деревянной часовни, перенесенной из слободы. Архитектурное решение представляет собой кирпичное здание в стиле классицизма с элементами барокко, типологически восходящее к схеме «восьмерик на четверике».
Первоначально в храме было устроено три престола: главный — в честь Казанской иконы Божией Матери, южный придел — Всех Святых, и северный — Святых Первоверховных Апостолов Петра и Павла (не освящен до 1857 года). В 1881 году к церкви пристроили каменную ризницу, обновили иконостас и выполнили настенные росписи под наблюдением игуменьи Палладии на пожертвования прихожан. Колокольня имела семь колоколов, отлитых в Ярославле и Москве на средства местных купцов.
С 1826 года храм был приписан к Вознесенскому женскому монастырю, богослужения совершались преимущественно в престольные праздники. В 1920-е годы все колокола, кроме одного спасенного схимонахиней Рафаилой, были изъяты для переплавки. В период Великой Отечественной войны здание получило незначительные повреждения и было восстановлено к 1945 году. В 1946–1957 годах храм временно выполнял функции кафедрального собора Великолукской епархии.
На прилегающем кладбище сохранились захоронения XIX – начала XX века, включая могилы игумении Людмилы, профессора Н.Н. Тыртова, представителей дворянских семей Ратмановых и Непейцыных, купеческих родов. Кладбище закрыто для новых захоронений с 1960 года. В интерьере храма сохранились росписи начала XX века и оригинальный иконостас.
