Первые упоминания о церковной жизни в поселке Обозерский относятся к 1843 году, когда крестьяне Яковлевской волости Щукозерского прихода обратились с прошением в Архангельскую духовную консисторию о перестройке местной часовни в приписную церковь. По указу консистории от 31 августа 1846 года, с благословения преосвященного Варлаама, было принято решение о строительстве храма. В середине декабря 1853 года строительство было завершено, а 26 мая 1855 года церковь во имя Святого Пророка Божия Илии была освящена благочинным 3-го Холмогорского благочиния, священником Андреем Варфоломеевым.
В том же году был образован Обозерский приход, который просуществовал недолго из-за малочисленности и бедности прихожан. В 1875 году приход был закрыт, а церковь приписана к Щукозерскому приходу. В январе 1890 года обозерские крестьяне вновь выразили желание иметь собственного священника и псаломщика. По указу Святейшего Синода от 6 октября 1893 года Обозерский приход был восстановлен, причту назначено жалование от казны. В приходе числились две часовни: во имя святой мученицы Параскевы и во имя святых Афанасия и Кирилла в деревне Верховской.
В 1929 году на общем собрании жителей поселка Малые Озерки было принято решение об упразднении Ильинской церкви. Здание храма передали Яковлевскому сельскому Совету под клуб и избу-читальню. Возрождение церковной жизни в Обозерском началось в 1999 году, когда на привокзальной площади была построена часовня в честь Тихвинской иконы Божией Матери, освященная 28 сентября того же года епископом Архангельским и Холмогорским Тихоном.
В 2010 году по благословению епископа Тихона началось строительство нового храма в честь Тихвинской иконы Божией Матери. В течение 2012 года был возведен сруб, покрыта кровля, установлены окна и двери. В марте 2013 года для строящегося храма был освящен набор колоколов, отлитых на заводе в Тутаеве. С 2014 года в храме регулярно совершаются богослужения. В марте 2017 года в церкви был установлен иконостас.