Первое упоминание о храме в селе Молчаново относится к 1805 году, когда деревянная церковь, посвящённая Преображению Господню, была уничтожена пожаром. В 1818 году на её месте был возведён каменный храм, который просуществовал до 1853 года. Из-за угрозы подмыва берега, на котором он стоял, здание было разобрано.
В период с 1855 по 1859 годы на новом, более безопасном месте был построен новый каменный храм. Он отличался значительной вместимостью и архитектурными особенностями: каменное основание, деревянные купола и колокольня. Внутри храма находилась библиотека с книгами, хорошо переплетёнными и украшенными золотым тиснением на корешках. При храме имелось 99 десятин пахотной и сенокосной земли.
К началу XX века приход охватывал село Молчаново и ряд окрестных деревень и поселков. По данным 1914 года, число прихожан составляло 5601 человек обоего пола. В 1898 году в юртах Амбарцевых была открыта церковно-приходская школа. В 1903 году при храме было построено деревянное здание школы и сторожки, а в 1905 году — новый дом для священника.
2 февраля 1930 года приход был официально закрыт. После этого здание храма подверглось значительным изменениям: были снесены колокольня и центральный купол. В разные годы в здании размещались Дом культуры, склады райпотребсоюза, а с 1961 года — автоматическая телефонная станция. В ходе переоборудования были возведены внутренние перегородки, второй этаж с бетонным перекрытием, окна приобрели прямоугольную форму, что существенно изменило первоначальный облик здания.
27 мая 1998 года приход был вновь образован. Поскольку здание храма находилось в использовании, для временных богослужений было выделено помещение в районном центре досуга. В 2000 году здание было передано Томской епархии для восстановления. С 2004 по 2007 годы была проведена реконструкция церкви по старым чертежам. 6 сентября 2009 года храм был освящён.
В настоящее время храм является действующим. Он продолжает служить духовным центром для жителей села Молчаново и окрестных населённых пунктов. При храме функционирует воскресная школа, организуются миссионерские поездки по району, проводятся лекции и беседы. Храм также окормляет различные социальные учреждения и общины.
