Строительство храма было посвящено памяти его супруги, Ксении Егоровны, в честь которой церковь и получила своё название. После кончины Гавриила Семёновича в 1879 году завершение строительства осуществлялось его душеприказчиками — купцами Василием Алексеевичем Петровым и Павлом Осиповичем Месетниковым.
Освящение храма состоялось 19 сентября 1882 года. Чин освящения совершил кафедральный протоиерей города Казани Виктор Вишневский в сослужении с протодиаконом П. К. Буртасовским, мамадышским протоиереем Е. Антеноровым, священником К. Ильинским и священником из села Красная Горка А. Лебедевым. На церемонии присутствовало значительное число верующих из Казанской и Вятской губерний.
Архитектурно храм представляет собой пятиглавый трёхнефный храм с двухъярусной колокольней, расположенной над входом. Здание выполнено в эклектичном стиле с элементами классицизма и готики. Завершения храма и колокольни напоминают образцовые проекты архитектора Константина Тона. В оформлении фасадов использованы пилястры, профилированные карнизы, сандрики, архивольты, ниши различных форм и горизонтальные тяги.
В 1930-х годах, в период антирелигиозной политики советского государства, храм был закрыт. Однако уже в 1945 году, после окончания Великой Отечественной войны, церковь вновь открыла свои двери для прихожан и продолжает действовать по настоящее время. На сегодняшний день это единственный функционирующий православный храм в Мамадыше.