В 1828 году, по инициативе и на средства Ивана Алексеевича Рагозина, к основному зданию были пристроены трапезная с двумя теплыми приделами — в честь Зачатия Святой Анны и Святого Василия Великого, а также колокольня.
Архитектурно церковь представляет собой двусветный четверик, завершенный купольной кровлей. С восточной стороны к нему примыкает пониженный прямоугольный алтарь с выступающей полуциркульной апсидой, с западной — более широкая трапезная под двускатной кровлей. Боковые фасады четверика украшены невысокими четырехколонными портиками, расположенными между двух четырехгранных столбов. Фасадная композиция включает огибающие лопатки и ступенчатый венчающий карниз. Внутреннее пространство четверика перекрыто сомкнутым сводом, апсида — коробовым сводом с конхой, трапезная — системой коробовых сводов с распалубками.
Около 1870 года территория храма была обнесена каменной оградой с железной решеткой, однако к настоящему времени она не сохранилась. В 1871 году при церкви был построен двухэтажный каменный дом земской народной школы. К началу XX века приход включал село Петрово-Городище и несколько близлежащих деревень с общим населением около трех тысяч человек.
В советский период церковь была закрыта, ее завершение и колокольня разрушены, а здание использовалось под складские нужды. В 1991 году храм был возвращен верующим, и 19 декабря того же года состоялась первая после долгого перерыва служба. Впоследствии на территории храма была построена часовня, в которой увековечены имена похороненных на церковном кладбище.
