Храм Спаса Нерукотворного Образа в Златоусте был основан в конце XIX века. Строительство велось на средства местных купцов и прихожан. Здание выполнено в русско-византийском стиле, характерном для церковной архитектуры того периода. Храм был приписан к Челябинской епархии Русской Православной Церкви.
В 1930-х годах храм был закрыт советскими властями. Здание использовалось в хозяйственных целях, что привело к утрате части внутреннего убранства. Богослужения возобновились в 1940-х годах, после чего храм более не закрывался.
Архитектурный облик храма представляет собой четверик, увенчанный пятиглавием. Фасады украшены килевидными кокошниками и ширинками. В интерьере сохранились элементы первоначальной росписи, выполненные клеевыми красками. Иконостас был восстановлен в конце XX века в традициях русского стиля.
При храме действовала церковно-приходская школа, основанная в 1890 году. После закрытия в советский период школа возобновила работу в 1998 году. На территории храма находится кладбище, где погребены священнослужители и местные жители.
В начале XXI века храм underwent реставрационные работы. Были восстановлены фасады, заменены кровельные покрытия главок. В 2011 году, после образования самостоятельной епархии, храм получил статус кафедрального собора.
