Инициатива строительства храма принадлежала местным жителям и железнодорожникам, стремившимся создать духовный центр в регионе.Церковь была построена из дерева в стиле модерн, характерном для начала XX века.Архитектурный проект разработали московские архитекторы Л.Н. Кекушев и И.А. Иванов-Шиц, известные своими работами в этом стиле.
Храм был освящён во имя преподобного Сергия Радонежского, что символизировало духовное преемство и стремление к возрождению православных традиций в отдалённых регионах России. Церковь стала центром религиозной жизни для жителей посёлка Илеза и окрестных деревень, таких как Заручье, Исакова Гора, Валдушки, Холм и Лахта.
В 1924 году, в период антирелигиозной кампании, храм был закрыт, а его здание использовалось для различных светских нужд, включая спортзал, школьные мастерские и магазин. Настоятель храма, отец Павел Ильинский, был арестован в 1931 году и приговорён к расстрелу по обвинению в контрреволюционной деятельности.
В начале 1990-х годов, после распада СССР, началось возрождение храма. В 1993 году здание было передано Архангельской епархии, и начались восстановительные работы, в которых приняли участие строители из Закарпатья. 7 августа 1994 года были установлены кресты и купола, а 15 октября 1995 года храм был вновь освящён. В 1997 году на колокольне были установлены колокола, а в 1998 году при храме открыта церковно-приходская школа.