10 марта 1999 года на конференции трудового коллектива Новочеркасского завода синтетических продуктов было принято решение о реконструкции незавершённого сооружения гражданской обороны на околозаводской территории в храм Русской Православной Церкви с размещением в подвальной его части противорадиационного укрытия.
3 июня 1999 года был создан попечительский совет, а для курирования строительства храма назначен священник Евгений Валентинович Маштанов. 24 июня 1999 года, по благословению архиепископа Ростовского и Новочеркасского Пантелеимона, состоялась закладка памятного камня.
Проект храма разработал главный архитектор Борис Райченков. Согласно проекту, храм должен был быть пятиглавым, с тридцатиметровой колокольней, расположенной над северным притвором.
В начале 2000 года, когда помещение стало пригодным для проведения служб, в храме начали совершаться молебны. 11 января 2001 года состоялось освящение креста и купола колокольни, которое совершил благочинный Новочеркасского округа протоиерей Олег Добринский. 10 апреля 2001 года были освящены и размещены на колокольне колокола, а 17 апреля состоялся первый Пасхальный молебен. 21 августа 2001 года архиепископ Ростовский и Новочеркасский Пантелеимон освятил пять куполов храма.
10 октября 2001 года первым настоятелем храма был назначен иерей Георгий Жилин. Накануне пасхального богослужения 2002 года в церкви был установлен иконостас из литьевого камня с писаными иконами. На колокольне храма установлены семь колоколов.
В 2015 году в храме продолжались работы по росписи интерьера. При храме функционируют воскресная школа, православный молодёжный клуб, кружки по рукоделию и церковному пению, а также библиотека. За приходом храма Сергия Радонежского закреплено духовное окормление госпиталя Российской армии в/ч 42303.
