Строительство первоначального каменного храма в честь Успения Пресвятой Богородицы в селе Новосысоевка началось в 1898 году. Храм возводился в форме базилики, однако работы были приостановлены из-за недостатка средств. Освящение завершенного храма состоялось в 1904 году. В том же году была освящена часовня при церкви.
В 1927 году приход был закрыт советскими властями. Церковное имущество подверглось разграблению и уничтожению. В период с 1930 по 1961 год здание храма использовалось для размещения различных организаций и офисных помещений. В 1961 году помещение передали аэроклубу, затем в нем располагался Дом культуры профтехобразования и Дом Союза композиторов.
Возрождение приходской жизни началось в конце XX века. 25 октября 1999 года приход был официально зарегистрирован. В январе 2000 года освятили молельный дом, размещенный в переданном епархии жилом здании. Около 2002 года приход начал издание газеты "Дорога к храму".
Строительство нового деревянного храма началось в 2006 году с закладки фундамента. Основные работы по возведению здания завершились в 2011-2012 годах. 16 января 2012 года состоялся чин закладки капсулы в основание храма. 28 сентября 2012 года на церковь установили купола. В храм были переданы ковчеги с мощами святых угодников, пожертвованные из Италии. 31 января 2016 года освятили и установили на колокольне семь колоколов.
Храм представляет собой деревянное сооружение с синим куполом. Над трапезной частью возведена шатровая колокольня, увенчанная небольшой главкой. Прежнее здание храма после возведения новой церкви было переосвящено в честь преподобного Сергия Радонежского.