Первые упоминания о храме священномученика Власия, епископа Севастийского в Вологде относятся к XVI-XVII векам. Изначально это была деревянная церковь, расположенная в Обуховской слободе, населенной преимущественно кузнецами и ремесленниками. Название слободы происходит от слова «обух» - тупой части топора, что отражало род занятий местных жителей.
Каменный храм был возведен в первой четверти XVIII века, большинство источников указывают 1714 год как дату постройки. Архитектурное решение представляет собой восьмерик на четверике с обширной трапезной. Храм выполнен в русском стиле, хотя в период его строительства уже распространялось барокко. В здании имелось четыре престола: главный - в честь священномученика Власия, а также Никольский, Симеоновский, Алексиевский и в честь Донской иконы Божией Матери.
В 1888 году к храму была пристроена колокольня, изначально имевшая шатровый тип, а после перестройки приобретшая столпообразную форму с высоким шпилем. В начале XIX века приход храма был одним из крупнейших в Вологде - в 1818 году он насчитывал около 600 прихожан. В этом храме был крещен Николай Матвеевич Рынин (1777-1837), впоследствии канонизированный как местночтимый святой Николай Вологодский.
16 июля 1929 года храм был закрыт для богослужений, а его община перешла в Николо-Глинковскую церковь. В здании разместились мельница и хлебозавод, была снесена колокольня, разобраны глава и алтарная часть. Внутреннее пространство подверглось значительной перепланировке с добавлением новых этажей.
8 октября 1991 года решением исполкома Вологодского областного совета народных депутатов храм был признан объектом культурного наследия регионального значения. В последующие годы в здании находились складские помещения и продуктовый магазин. В 2015 году храм был возвращен Русской Православной Церкви и началось его постепенное восстановление. В 2019 году на куполе был установлен новый крест.
