Село Верхний Авзян было основано в 1754 году в связи со строительством Авзяно-Петровского чугуноплавильного завода, основанного графом П. И. Шуваловым в 1755–1756 годах.Завод способствовал развитию поселения, привлекая русских переселенцев и специалистов для работы на производстве.
В 1877 году заводовладелец дворянин Дмитрий Егорович Бенардаки инициировал строительство каменной церкви в селе Верхний Авзян. Проект храма был разработан заводским архитектором Николаем Захаровым. Строительство осуществлялось с привлечением итальянских мастеров, что отразилось на качестве и изысканности архитектурных решений. Церковь была трехпрестольной: главный престол посвящен Казанской иконе Божией Матери, а боковые приделы — святителю Николаю Чудотворцу и святому великомученику Димитрию Солунскому. Архитектурный облик храма выдержан в духе классицизма, с характерными для этого стиля элементами. Колокольня достигала высоты 40 метров, что делало храм доминантой в окружающем ландшафте.
В 1929 году местные власти предприняли попытку закрыть Казанскую церковь, однако жители села оказали сопротивление, и храм продолжил функционировать. Тем не менее, в последующие годы, вероятно в 1930-х, храм был закрыт, и его здание использовалось в различных светских целях. Колокольня и купол были разрушены, внутренние фрески уничтожены, оконные проемы изменены, что существенно исказило первоначальный облик здания. Уникальная система отопления храма, основанная на циркуляции нагретого воздуха через каналы в стенах и под полом, была нарушена.
В феврале 1992 года в селе состоялось первое приходское собрание, ознаменовавшее возрождение православной общины в Верхнем Авзяне. В 1994 году здание храма было возвращено верующим, после чего начались работы по его восстановлению. Были воссозданы световой барабан, купол и колокольня. Восстановительные работы продолжаются, направленные на возвращение храму его исторического облика и функциональности.
