Казанский собор в городе Ачинске был заложен 10 августа 1826 года по благословению епископа Иркутского, Нерчинского и Якутского Михаила. Инициатива строительства принадлежала жителям Ачинска и крестьянам деревни Мазуль, которые в апреле 1822 года приняли решение о возведении каменного храма. Первоначальный проект предусматривал создание двухэтажной церкви с приделами в честь Казанской иконы Божией Матери и Вознесения Господня. Средства на строительство собирались за счет добровольных пожертвований.
Строительство велось под руководством ачинского мещанина Алексея Хворостова и енисейского мастера каменных дел Ивана Ишимцова. Архитектурный проект разработал первый енисейский губернский архитектор Павел Воцкий. Храм выполнен в стиле ампир с элементами классицизма, имеет трехпрестольную структуру: главный престол освящен в честь Казанской иконы Божией Матери, правый - в честь Вознесения Господня, левый - во имя великомученика Георгия Победоносца.
Приход был официально открыт в 1829 году, выделившись из состава Ачинского Троицкого собора. В его состав вошли часть города Ачинска и две деревни - Мазуль (основана в XVIII веке) и Карловка (основана в 1895 году). В 1830 году состоялось освящение Вознесенского придела, в 1831 году - главного Казанского престола, в 1832 году - Георгиевского придела.
В 1886 году в ограде собора была построена каменная часовня во имя великомученика Пантелеимона, финансирование осуществлялось купцом Алексеем Хворостовым, сыном одного из основателей храма. При соборе действовала церковная школа, размещавшаяся в наемном помещении, и церковно-приходское попечительство. Библиотека храма насчитывала 538 томов, велась церковная летопись с 1867 года.
В 1940 году собор был закрыт советскими властями, в здании размещался зерносклад. Богослужения возобновились в декабре 1946 года после обращения верующих к властям. В послевоенный период собор оставался одним из немногих действующих храмов в регионе.