23 мая 1998 года, накануне дня славянской письменности и культуры, на привокзальной площади города Велижа был установлен крест и освящён закладной камень в основание будущего храма. Чин освящения совершил епископ Балтийский Пантелеимон. С этого дня площадь получила название в честь святых просветителей славян — Кирилла и Мефодия.
Проект храма в деревянном исполнении разработал смоленский архитектор Валерий Павлович Скалка. Строительство началось спустя пять лет после освящения креста, при содействии Владислава Матвеевича Овсянникова, который финансировал устройство фундамента. В последующем строительные работы продолжались при поддержке местных жителей и благотворителей, связанных с городом Велижем.
В 2005 году была начата вырубка сруба храма. К 2007 году завершены работы по установке кровли, куполов и крестов. В 2008 году начались отделочные работы. 8 марта 2009 года в первую неделю Великого поста в храме состоялось первое богослужение. 18 октября 2009 года храм был освящён епископом Смоленским и Вяземским Феофилактом (Курьяновым). До этого времени новые храмы на Велижской земле не строились и не освящались более ста лет.
18 января 2010 года в храм из Москвы были доставлены пять малых колоколов весом от 4 до 80 кг. 3 апреля 2011 года было совершено освящение паникадила, приобретённого на средства, собранные прихожанами и жителями города Велижа. В 2012 году завершено благоустройство прилегающей территории храма: разбиты клумбы, высажены туи и посеяны газоны. 27 октября 2012 года на звонницу храма были подняты и установлены колокола весом 140 и 270 кг, подаренные храму благотворителями.
Летом 2014 года завершено устройство каменной подпорной стены ограды храма и завершена роспись иконостаса. 26 июля 2015 года иконостас храма был освящён митрополитом Смоленским и Рославльским Исидором (Тупикиным). В августе 2020 года на территории храма установлены уличные фонари.
Главной святыней храма является образ Велижской «Замковой» иконы Пресвятой Богородицы. Также в храме находится образ Входа Господня в Иерусалим, перед которым велижане молились за последним богослужением в Вербное воскресенье 1937 года в Свято-Духовом соборе Велижа. На территории храма расположен чтимый источник.
