Храм священномученика Исидора Юрьевского был построен в 1903–1907 годах по проекту архитектора Александра Артемьевича Полещука для православной эстонской общины Санкт-Петербурга. Инициатива строительства принадлежала священнику Павлу Кульбушу, который с 1894 года возглавлял эстонский православный приход. До постройки храма богослужения совершались в подвале Малоколоменской Воскресенской церкви.
В 1898 году было основано эстонское Братство во имя священномученика Исидора Юрьевского, названное в честь священника Никольской церкви города Юрьева (ныне Тарту), канонизированного в 1897 году. Средства на строительство собирались по всей России, первое пожертвование внес святой Иоанн Кронштадтский. В 1905 году строительство приостановилось из-за нехватки средств, но было завершено благодаря крупному пожертвованию действительного статского советника Ивана Богданова и взносу императора Николая II.
Храм освящен в 1907 году. Верхний трехпридельный храм посвящен священномученику Исидору Юрьевскому, его боковые приделы — преподобному Серафиму Саровскому и апостолам Петру и Павлу. Нижний храм освящен во имя святителя Николая Чудотворца. Иконостасы выполнены в стиле барокко по проекту Полещука, иконы написаны художником Василием Перминовым. В 1910–1912 годах престолы были облицованы каррарским мрамором.
После революции 1917 года храм утратил статус эстонского. В 1920-е годы в здании размещались Петроградские богословские курсы. В 1935 году храм был закрыт, а его имущество передано в Николо-Богоявленский собор. В 1937–1938 годах были расстреляны священники Карп Эльб и Александр Пакляр, служившие в храме. Здание использовалось под школу, общежитие и художественный комбинат.
В 1994 году храм возвращен Русской Православной Церкви. Были восстановлены верхний храм, иконостас и настенные росписи. Регулярные богослужения возобновились в 2006 году. Нижний Никольский храм также отреставрирован.
