В конце XIX века Дворянский Александровский институт приобрёл участок земли на Грузинской улице для строительства общежития для гимназистов и малоимущих студентов. Финансирование строительства осуществлялось на средства почётного гражданина Нижнего Новгорода Митрофана Рукавишникова, который также занимал должность председателя Совета братства Кирилла и Мефодия. В связи с этим было решено освятить престол домовой церкви общежития в честь святых Кирилла и Мефодия, известных как создатели старославянской азбуки и церковнославянского языка.
Проект здания был разработан губернским архитектором Василием Брюхатовым в 1894 году. После его кончины в том же году строительство продолжил столичный архитектор Пётр Самойлович Бойцов. Закладка здания состоялась летом 1894 года, однако завершение отделочных работ и росписи интерьеров, а также освящение храма произошли лишь в 1897 году. Резной иконостас был изготовлен в Москве, иконы для него написал Клавдий Степанов, а роспись сводов выполнил московский художник А. А. Томашевский. 2 февраля 1897 года епископ Нижегородский и Арзамасский Владимир совершил освящение храма.
Архитектурно здание представляет собой крупный градостроительный памятник конца XIX века, выполненный в неовизантийском стиле. Храм вмещал несколько сотен прихожан, а с западной стороны находилась большая комната Совета братства Кирилла и Мефодия. Монументальная роспись интерьеров была выполнена в традициях итальянской школы.
В советский период, начиная с конца 1939 года, в здании братства был размещён институт микробиологии. Помещение храма было разделено на две части межэтажной перегородкой: в пространстве под куполом разместилась научная библиотека института, а в нижней части была оборудована лаборатория. В годы Великой Отечественной войны институт выполнял важные задачи по обеспечению вакцинами Красной армии и гражданского населения СССР.
В апреле 2013 года НИИ эпидемиологии и микробиологии переехал в новое здание на улице Малой Ямской, после чего начались работы по восстановлению храма. 23 мая 2015 года митрополит Нижегородский и Арзамасский Георгий совершил чин Великого освящения храма в честь святых равноапостольных Кирилла и Мефодия. Освящение храма состоялось накануне празднования дня их памяти и Дня славянской письменности и культуры, отмечаемых 24 мая.
