Первоначально на месте современного храма в 1714 году была возведена деревянная церковь, служившая полковой церковью Елецкого полка. Это сооружение стало одним из первых религиозных объектов в Павловске, основанном как крепость после Полтавской битвы 1709 года. В 1780–1783 годах на месте деревянной церкви был построен каменный храм, освящённый 6 февраля 1786 года. Изначально храм не имел приделов.
В 1859 году храм был перестроен в русском стиле, при этом был добавлен придел в честь Усекновения главы Иоанна Предтечи. Архитектурные особенности храма включают шатровую колокольню с элементами барокко, массивный восьмерик с купольной кровлей и ярусными главками, а также крупные кокошники и декоративные элементы, характерные для русского стиля.
В конце XIX века, по причине малочисленности прихожан (около 160 человек), храм был приписан к Преображенскому собору без собственного причта. Однако в 1881 году, благодаря вкладу прихожанина, купца и благотворителя П. Г. Есманского, храм получил финансовую поддержку, что позволило обеспечить содержание священника и псаломщика, сделав приход самостоятельным.
В 1930-е годы, в период антирелигиозной кампании, храм был закрыт. Были разобраны верхние ярусы колокольни и световой восьмерик с куполом. Здание использовалось для нужд Павловского педагогического училища, в частности, под столовую и кухню.
29 декабря 1943 года верующие города Павловска обратились с просьбой об открытии церкви. Летом 1944 года храм был возвращён верующим, став единственным действующим храмом в городе до открытия в 2003 году Казанского храма. В ходе восстановительных работ были надстроены два яруса колокольни с купольной кровлей, отличающейся от первоначального архитектурного облика.
