В 1883 году жители села Сорочинского обратились с прошением о составлении плана на строительство каменной тёплой церкви с колокольней, однопрестольной, вместимостью до 1200 человек, во имя Казанской иконы Божией Матери. Строительство осуществлялось в период с 1884 по 1889 годы под наблюдением епархиального архитектора Иноземцева. 20 декабря 1892 года церковь была освящена епископом Самарским Преосвященным Гурием и стала приписной к Михаило-Архангельскому храму.
В 1930-х годах, в период антирелигиозной кампании, храм был закрыт и впоследствии разрушен. В 1946 году митрополит Чкаловский и Бузулукский Мануил (Лемешевский) освятил молитвенный дом по улице Чернышевского, который был перестроен из частного дома. Позднее здание было капитально перестроено: пристроены алтарь, притвор с колокольней, установлен купол с главкой.
К началу XXI века деревянный храм пришёл в ветхое состояние, колокольня была наклонена, что представляло опасность обрушения. Бузулукской и Сорочинской митрополией было принято решение построить новую церковь, при этом не сразу сносить старый храм, а построить вокруг него каменный храм и только потом убрать старую постройку внутри него. Решение было воплощено в жизнь, и 4 ноября 2021 года на месте прежней церкви епископ Бузулукский и Сорочинский Алексий освятил возрождённый в Сорочинске храм Казанской иконы Божией Матери и совершил в нём первую Божественную литургию.
