В сентябре 2006 года Инвестиционный совет одобрил заявку на выделение земельного участка под строительство православного храма. 2 ноября 2006 года архиепископ Нижегородский и Арзамасский Георгий освятил крест на месте будущего строительства. Возведение церкви началось в июне 2007 года. Основным спонсором и попечителем строительства выступил генеральный директор компании «Тосол-Синтез» Валерий Артамонов. В апреле 2009 года в рамках архиерейского визита был заложен алтарь и состоялось освящение престола.
Первое богослужение в храме состоялось 4 апреля 2010 года, когда настоятель иерей Илья Шитов совершил пасхальную службу. На первую Пасхальную вечерню, которая проходила среди установленных в храме строительных лесов, собралось около 50 членов прихода. 24 августа 2010 года архиепископ Георгий совершил чин освящения крестов. Сам храм был освящен архиепископом Нижегородским и Арзамасским Георгием 22 сентября 2010 года. Накануне освящения был завершен четырехъярусный иконостас, выполненный в академическом стиле мастерами Нижегородской епархии.
14 ноября 2010 года при храме открылась вторая в городе воскресная школа. Первой в 1995 году была открыта школа при Храме Воскресения Христова.
6 сентября 2020 года возле храма был открыт памятник преподобному Антонию Великому. Автором монумента является московский скульптор Александр Устенко.
В настоящее время храм преподобного Антония Великого в Дзержинске является действующим. Богослужения проводятся регулярно, храм открыт для прихожан и паломников. При храме функционирует воскресная школа, проводятся катехизаторские беседы и другие просветительские мероприятия.
