Строительство храма стало значимым событием для православной общины города, отражая возрождение религиозной жизни в постсоветский период.
Архитектурный облик храма выполнен в неорусском стиле. Здание характеризуется асимметрично встроенной с западной стороны четырёхъярусной колокольней, увенчанной массивной главкой. С южной стороны расположены прямоугольные выступы. Вход оформлен двусветным объёмом с высоким арочным порталом. Над основным объёмом церкви возвышается мезонин с тремя арочными окнами. Восточный фасад, акцентированный раскрепованными выступами, включает полукруглую апсиду под высокой конхой, вписанной в глухой фронтон. Территория храма обнесена рамными арочными воротами, слева от которых расположен одноэтажный дом священника с раскрепованными лопатками на углах и декоративными пилястрами в простенках окон.
До строительства данного храма в Бугульме существовал Казанско-Богородицкий женский монастырь, основанный в 1868 году и получивший статус общежительного монастыря в 1889 году. В советский период монастырь был закрыт, а его здания использовались в различных светских целях. В 2012 году начались работы по восстановлению монастыря, и 21 сентября 2014 года в храме Казанской иконы Божией Матери впервые за последние 70 лет была проведена Божественная литургия.