Первая деревянная церковь во имя Казанской иконы Божией Матери в Чернореченской крепости была заложена в 1742 году. Освящение храма состоялось в 1751 году, о чем свидетельствуют документы Государственного архива Оренбургской области. Строительство велось с перерывами из-за трудностей заселения Оренбургского края и оттока населения, включая духовенство. Первоначально назначенный священник Леонтьев покинул крепость вместе с частью переселенцев, после чего его сменил священник Федор Хрисанфов из села Троицкого Бердского уезда.
В 1774 году церковь пришла в ветхость, о чем неоднократно сообщала комендантская канцелярия. В 1776 году Казанская духовная консистория издала указ о строительстве нового храма на месте обветшавшего. Новая деревянная церковь на каменном фундаменте была построена в 1779 году на средства казны с участием прихожан. Храм имел простой столярный иконостас от прежней церкви и четыре колокола, самый крупный из которых весил 240 килограммов.
В 1848 году церковь полностью сгорела во время пожара. Каменный трехпрестольный храм был возведен в 1852 году на средства титулярной советницы Татьяны Ивановны Приезжевой. Главный престол освящен в честь Казанской иконы Божией Матери, северный придел – во имя Архистратига Михаила, южный – в честь Рождества Иоанна Предтечи. Здание построено из кирпича с каменным фундаментом, без отопления. Колокола отлиты из меди сгоревшей церкви.
В 1938 году храм был закрыт и использовался как зернохранилище. Решением Облисполкома №158 от 2 июля 1991 года здание поставлено на государственную охрану как памятник истории и культуры Оренбургской области. В 1995 году храм возвращен верующим, после чего начались восстановительные работы. Богослужения возобновились в 2002 году. В настоящее время продолжаются работы по реконструкции фасада и внутренних помещений.