Храм Преподобного Сергия Радонежского в Порту-Алегри был основан в 1938 году русскими эмигрантами. Первые богослужения совершались на частной квартире священником Андреем Лысенко. Впоследствии община собрала средства для приобретения земельного участка и строительства деревянного храма с жилыми помещениями для настоятеля.
В конце 1940-х годов приход значительно увеличился за счёт прибытия нескольких сотен русских, белорусских и украинских семей - жертв Второй мировой войны. Первым официальным настоятелем стал священник Александр Малинин. В начале 1950-х годов на добровольные пожертвования были приобретены два земельных участка, где построили деревянную церковь во имя Преподобного Сергия Радонежского.
С 1956 по 1967 год велось строительство каменного храма под руководством игумена Валентина. Храм был освящён в честь Преподобного Сергия Радонежского и вошёл в состав Аргентинской и Южноамериканской епархии Русской Православной Церкви Заграницей.
В 1994 году храм перешёл под юрисдикцию Московского Патриархата. После этого события в Порту-Алегри была учреждена резиденция постоянного представителя Русской Православной Церкви в Бразилии. В 2006 году в храме совершили Божественную литургию митрополит Смоленский и Калининградский Кирилл (Гундяев), митрополит Буэнос-Айресский и Южноамериканский Платон (Удовенко) и епископ Венский и Австрийский Иларион (Алфеев).
В 2009 году в храме прошли торжества по случаю 100-летия русской общины в штате Риу-Гранди-ду-Сул. Законодательное собрание штата официально объявило 9 октября Днём русской диаспоры на юге Бразилии. Богослужения в рамках юбилейных мероприятий совершал митрополит Аргентинский и Южноамериканский Платон (Удовенко).