Тихвино-Онуфриевский храм в Воронеже основан в середине XVIII века фабрикантом Потапом Никитичем Гардениным (1689–1746). В апреле 1735 года Гарденин подал прошение воронежскому епископу Иоакиму о строительстве каменной церкви во имя Тихвинской иконы Божией Матери с приделом преподобных Онуфрия Великого и Петра Афонского. Храм предназначался для работников суконных мануфактур Гарденина, проживавших в Беломестной слободе.
Строительство началось в 1735 году на участке размером 80×80 саженей (170×170 метров). 8 марта 1741 года был освящен верхний деревянный придел во имя Онуфрия Великого и Петра Афонского. Полное освящение храма состоялось в 1746 году при епископе Иоакиме (Струкове). В 1758 году деревянный придел сгорел, после чего наследники Гарденина восстановили храм, добавив два каменных придела: левый — во имя Онуфрия и Петра, правый — в честь святителей Василия Великого, Григория Богослова и Иоанна Златоуста.
В 1795 году храм был расширен из-за роста числа прихожан. Последняя дореволюционная реконструкция проведена в 1873 году: придельные алтари вынесли из трапезной и поставили в один ряд с главным. Среди святынь храма упоминаются икона Тихвинской Божией Матери в позолоченной ризе с жемчугом (вес с киотом — 1 пуд 11,5 фунтов, около 21 кг), икона преподобных Онуфрия и Петра (1819 г., мастер Иван Шевцов) и Евангелие 1759 года в серебряном окладе (вес — 1 пуд 23,25 фунта, более 24 кг).
В 1919–1920 годах на подворье храма располагался концлагерь Губчека. В 1932 году храм закрыли, здание использовалось под производственные нужды, включая фабрику «Игрушка». Колокольня была разобрана. В 1990 году храм возвращен Воронежской епархии, первое богослужение состоялось 28 декабря 1991 года. 9 июля 2019 года митрополит Воронежский и Лискинский Сергий совершил Великое освящение храма.