В 1953 году, в связи с созданием Куйбышевского водохранилища, город Ставрополь-на-Волге был затоплен, что привело к уничтожению его главного храма — Троицкого собора. В результате переноса города на новое место возникла необходимость в строительстве нового молитвенного дома для удовлетворения религиозных потребностей верующих.
В сентябре 1954 года местными властями был выделен участок для строительства нового молитвенного дома. Строительство было завершено в короткие сроки, и 15 февраля 1955 года в Ставрополе состоялось освящение престола в честь Казанской иконы Божией Матери. Этот день считается датой основания Казанского храма в Тольятти.
В первые годы существования храма условия для проведения богослужений были крайне сложными. Небольшое помещение не вмещало всех прихожан, особенно в праздничные дни, что приводило к значительной духоте и неудобствам для верующих.
В 1960-х годах, в период усиления гонений на церковь, прихожане сталкивались с препятствиями при посещении богослужений. У ворот храма дежурили представители комсомольских организаций, пытаясь воспрепятствовать прохождению людей на службы и отговаривая желающих принять крещение.
В конце 1960-х годов настоятель храма добился разрешения на пристройку колокольни, что придало молитвенному дому облик полноценной церкви.
В 1985 году на месте старого молитвенного дома началось строительство нового кирпичного храма. Строительство велось ускоренными темпами, и уже через пять месяцев здание было возведено. После завершения основных строительных работ здание было освящено, и в нем начали проводиться богослужения параллельно с отделочными работами. Великое освящение главного престола в честь Казанской иконы Божией Матери было совершено 6 августа 1987 года архиепископом Куйбышевским и Сызранским Иоанном (Снычёвым). Дополнительно был освящен придел во имя святителя Николая.
К 1990 году реконструкция храма продолжилась. Были возведены стены со сложной рельефной кладкой, украшенные узорчатым старинным орнаментом. На храме появились пять куполов, что придало ему величественный вид. Был построен крестильный зал во имя блаженной Ксении Петербургской. При храме открылась воскресная школа, где дети изучали Священное Писание, Закон Божий, церковнославянский язык и церковное пение. Многие воспитанники школы впоследствии становились певчими на клиросе, псаломщиками, поступали в духовные учебные заведения и принимали священный сан.
Также при храме был построен торговый дом, где прихожане могли приобрести свечи, церковную утварь, духовную литературу и заказать требы. Была открыта библиотека, предоставляющая доступ к духовной литературе.
С сентября 1991 года при храме действует Знаменская богадельня, предоставляющая приют престарелым монахиням, инокиням и женщинам, посвятившим свою жизнь труду в храме. Со временем возникла необходимость в строительстве собственной просфорни, так как для прихожан и для богослужений храма, а также для новых приходов, ежедневно требовалось большое количество просфор.
Богослужения в храме совершаются ежедневно. По праздничным и воскресным дням проводятся две литургии. В воскресенье вечером читается акафист Божией Матери перед чтимой иконой на распев, а в четверг за вечерним богослужением — Святителю Николаю.
Престольные праздники храма отмечаются 21 июля и 4 ноября в честь Казанской иконы Божией Матери, а также 22 мая и 19 декабря в честь святителя Николая Чудотворца.
Среди святынь храма особо почитаются местночтимая икона Казанской Божией Матери, мощевики с частицами мощей Киево-Печерских угодников и Оптинских святых, а также иконы с частицами мощей святителя Митрофана Воронежского, Божией Матери «Неопалимая Купина» и старца Петра Чагринского.
