Первоначально на этом месте в 1337 году был построен деревянный храм. Средства на его возведение предоставил купец Кристофер Карел Доль, немец по происхождению, который после принятия православия получил имя Василий. В 1377 году храм был украшен росписями. В 1413 году на месте деревянной церкви был возведен каменный храм, сохранившийся до наших дней.
В XVI веке к храму были пристроены приделы и галерея. Северный придел, освященный во имя апостола и евангелиста Иоанна Богослова, был построен в 1585—1587 годах. В этот же период была создана чтимая храмовая Тихвинская икона Божией Матери.
В середине XVIII века звонница храма была перестроена в колокольню. К началу 1830-х годов храм обветшал, северный придел обрушился, был утрачен старинный иконостас и резной клирос. В 1857 году был проведен ремонт, в ходе которого снаружи обновили здание, переделали главу и пристроили деревянную лестницу к колокольне.
После революции 1917 года, в 1921 году, храм был закрыт, а его помещения использовались в качестве склада. Во время Великой Отечественной войны, в 1944 году, здание пострадало от бомбардировок, особенно северный придел. В послевоенные годы были проведены ремонтно-реставрационные работы, и в здании разместили документы областного архива.
В 2003 году храм был передан Русской Православной Церкви. Были проведены ремонтно-реставрационные работы, направленные на восстановление первоначального облика храма. 3 декабря 2003 года состоялось первое богослужение после длительного перерыва. В 2008 году был утвержден проект реставрации, в ходе которой в 2009—2010 годах воссоздано позакомарное покрытие четверика, главка и многоскатное покрытие северного придела.
В 2019 году храм святителя Василия Великого на Горке был включен в список объектов всемирного наследия ЮНЕСКО в составе «Храмов псковской архитектурной школы».
