В начале XX века, в период с 1901 по 1905 год, по проекту архитектора М. И. Китнера был возведен комплекс зданий Городской детской больницы в память Священного Коронования Их Императорских Величеств. В составе этого комплекса была построена домовая церковь, освященная 2 февраля 1910 года епископом Нарвским Никандром во имя святителя Николая Чудотворца и мученицы Александры. Храм располагался в районе железнодорожного моста на улице Матросова и представлял собой двухэтажное каменное здание, отличавшееся богатым внутренним убранством: иконостасом, полом из метлахских плиток и изразцовыми печами для отопления. При храме также находилась часовня с уникальной иконой, созданной по рисункам главного врача больницы Д. Соколова, изображающей Христа, осыпающего цветами души детей, восходящих к Нему.
В 1922 году церковь была закрыта, а в послевоенные годы полностью разрушена. На её месте был построен анатомический корпус Педиатрической медицинской академии.
В 2003 году при Педиатрическом медицинском институте был создан приход, получивший благословение митрополита Владимира на создание нового храма. Для размещения церкви было выбрано сохранившееся здание бывшего приёмного покоя больницы, построенное в 1905 году. Нынешний храм расположен в здании зала ожидания (вестибюля) при главном входе в больницу и освящен во имя святых Николая и Александры, царственных страстотерпцев. Первое богослужение в новом храме состоялось 14 октября 2004 года.
Здание храма имеет восьмиугольную форму с большими окнами, завершёнными треугольными фронтонами и массивным шатром с фонариком. В апреле 2010 года были завершены работы по восстановлению шатра кровли, фонаря и купола под руководством архитектора В. А. Панюшкина.
При храме действуют воскресная школа и молодежный хор. Среди святынь храма — храмовая икона царственных страстотерпцев, на которой изображены царь Николай и царица Александра, окруженные клеймами с изображениями остальных членов царской семьи, а также святителя Николая Чудотворца и мученицы царицы Александры.
