Инициатива строительства храма принадлежала Василию Никитичу Татищеву, главному командиру Уральских, Сибирских и Казанских заводов, который в 1734 году прибыл на Сысертский чугуноплавильный и железоделательный завод. Закладка деревянной церкви состоялась 12 октября 1735 года, и уже 3 февраля 1736 года она была освящена во имя святой Анны Пророчицы архимандритом Сильвестром из Успенского Далматова монастыря .
В июне 1773 года началось строительство каменной церкви, которое было прервано в 1774 году из-за мобилизации мужского населения для обороны от войск Емельяна Пугачёва. После подавления восстания работы были возобновлены в 1777 году и завершены к декабрю 1787 года. Приделы были освящены: правый — в честь Поклонения Честных Вериг Апостола Петра 29 апреля 1788 года, левый — во имя Преподобного Алексия, человека Божия, 1 мая 1788 года .
Архитектурный облик храма выполнен в стиле барокко. Здание представляет собой каменную постройку с колокольней, на которой было установлено 12 колоколов, самый большой из которых весил более 5 тонн . Иконостас храма отличался золочёной резьбой тонкой работы и художественной иконописью.
В 1894 году при храме была открыта церковно-приходская школа, в которой обучались преимущественно мальчики. Школа имела детский хор, что свидетельствует о развитии музыкального образования при храме .
В 1935 году церковь была закрыта по решению местных властей. В августе 1936 года взрывом были уничтожены колокольня и купол храма. С 1937 по 1991 год в здании храма располагался кинотеатр .
В 1991 году здание было возвращено Русской православной церкви, и в нём возобновились богослужения. С этого времени начались работы по восстановлению храма, включая реконструкцию архитектурных элементов и внутреннего убранства .
