В феврале 1769 года в Добрянке была открыта первая деревянная церковь во имя Рождества Пресвятой Богородицы, ставшая первым храмом в поселении. В 1831 году эта деревянная церковь полностью сгорела. В 1832 году было получено разрешение на строительство нового каменного храма на месте сгоревшего. Строительство велось по проекту архитектора С. И. Тунёва и продолжалось 20 лет. Граф С. Г. Строганов, владелец Добрянского завода, курировал процесс строительства и выделил необходимые средства. В сентябре 1852 года каменный храм был освящен, что было приурочено к 100-летию образования Добрянского металлургического завода.
К 1868 году храм имел три престола: главный — в честь Рождества Пресвятой Богородицы, и два придельных — во имя Святого Александра Невского и Святителя Николая Чудотворца. В 1910 году вместо деревянной колокольни была построена новая, каменная, и приобретены новые колокола. По данным на 1908 год, Рождество-Богородицкая церковь имела 6670 прихожан, проживавших в Добрянке и 16 ближайших деревнях; в ней служили два священника, один дьякон и два псаломщика.
В 1930 году церковь была закрыта. В советское время здание использовалось сначала как кинотеатр, а затем, с 1967 по 2003 годы, как районный дом культуры. В этот период были утрачены многие архитектурные элементы храма, включая колокольню и купол; внутренние росписи были уничтожены, сохранились лишь отдельные фрагменты.
В 2003 году здание было возвращено Русской Православной Церкви. Восстановительные работы начались в 2008 году: были снесены поздние пристройки, начата кладка стен. С 2010 года работы продолжились за счет благотворителей и усилиями прихожан; воссоздан приход храма, проведены первые богослужения в нижней, подалтарной части. В 2013 году к проекту присоединилась компания «Уралэнергострой», начались активные работы по реставрации интерьера. В октябре 2014 года в храме установили 11 колоколов.
К 2015 году были завершены работы по восстановлению барабана, кровли храма; установлены купола; подведены коммуникации. В 2015–2017 годах окрашены стены храма, произведено благоустройство территории, внутри храма закончены отделочные работы, уложен гранитный пол. В сентябре 2017 года на престольный праздник Рождества Пресвятой Богородицы в верхнем храме были отслужены первые службы. В 2018–2019 годах на территории храма установлен крест в память о священнослужителях и мирянах, упокоившихся у стен церкви в XVII — начале XX веках; установлены мозаики на западном фронтоне и восточной стене храма. В августе 2019 года началась роспись храма иконописной мастерской Дмитрия Трофимова «Царьград» в византийском стиле с соблюдением традиций строгановской иконописной школы. В 2020–2021 годах роспись была завершена, установлены центральные и боковые алтарные врата.
