Строительство храма было завершено в 1780 году на средства купца Узденникова. Он был возведён на месте прежней каменной церкви и стал частью Ильинского прихода. Назван в честь преподобного Варлаама Хутынского, основателя и игумена Спасо-Преображенского Хутынского монастыря.
Архитектурный облик храма выполнен в стиле раннего классицизма. Здание двухэтажное, с западной стороны возвышается сквозной четверик звона колокольни, завершающийся тонким шпилем на фигурном постаменте. Восточная часть украшена двумя вазонами с лепными гирляндами, расположенными по сторонам барабана главы, что придаёт сооружению сходство со светскими зданиями.
В советский период храм был закрыт и использовался для различных хозяйственных нужд, что привело к утрате многих элементов внутреннего убранства. В 1990-х годах здание было возвращено Русской Православной Церкви, после чего начались восстановительные работы. Были проведены реставрационные мероприятия, направленные на восстановление первоначального облика храма и его внутреннего убранства.
В настоящее время храм является действующим и играет важную роль в духовной жизни города Вологда. Проводятся регулярные богослужения, таинства и другие церковные мероприятия. Храм также является объектом культурного наследия и охраняется государством.
