Он расположен на территории Завального кладбища, старейшего некрополя города.
Первоначально на месте современного храма была построена деревянная церковь, предположительно после 1758 года. В 1772 году было принято решение о возведении каменного храма, строительство которого завершилось в 1776 году. Инициатором и основным жертвователем строительства выступил тобольский губернатор Денис Иванович Чичерин, а работы были поручены сержанту геодезии Андрею Абариным. Освящение храма было совершено архиепископом Варлаамом (Петровым).
В 1800 году было благословлено строительство колокольни, завершённое в 1810 году. Финансирование осуществлялось за счёт пожертвований граждан и средств, выделенных из могильной суммы. В 1823 году на пожертвования прихожан был устроен чугунный пол, сохранившийся до настоящего времени. В 1909–1910 годах к храму был пристроен северный придел, освящённый во имя святителя Иннокентия Иркутского и преподобного Серафима Саровского.
Архитектурно храм представляет собой трёхчастное сооружение в стиле сибирского барокко с элементами классицизма. Основной объём — четверик с купольной кровлей, к которому с запада примыкают трапезная и колокольня. Внутреннее пространство храма отделено от светового барабана плоским потолком, что является результатом переделок середины XIX века. В храме сохранился уникальный барочный иконостас конца XVIII века, аналогичный которому в Сибири имеется лишь в Иркутске.
Храм Семи отроков Эфесских является единственным в Тюменской области, который не закрывался в годы советской власти. В 1930-е годы он служил центром Тобольской епархии до её упразднения в 1937 году. После расстрела священнослужителей в 1937 году сторож храма, Агриппина, не допустила его осквернения, прожив в нём безвыходно месяц. В период с 1937 по 1943 годы верующие самостоятельно собирались на молитву. Во время Великой Отечественной войны прихожане собрали для фронта 110 600 рублей, за что настоятель получил телеграмму с благодарностью от И. В. Сталина.
