Первые католики в Казани появились в XVIII веке, преимущественно немецкого происхождения. В 1835 году был основан первый приход польскими священниками, богослужения проводились в частных домах или временных сооружениях. К середине XIX века численность католического населения, в основном польского происхождения, значительно увеличилась, что привело к необходимости строительства постоянного храма.
В 1855 году городские власти разрешили строительство католического храма при условии, что его архитектура не будет выделяться среди окружающих зданий и не будет иметь ярко выраженных черт традиционного римско-католического стиля. Храм был освящен 1 ноября 1858 года в честь праздника Воздвижения Святого Креста. В 1920-х годах храм был закрыт, приход распущен, а здание передано Казанскому государственному техническому университету, где в центральном нефе разместили аэродинамическую трубу.
В 1995 году католическая община Казани возобновила свою деятельность, однако здание исторического храма не было возвращено верующим. Городские власти предоставили общине небольшую часовню на одном из городских кладбищ, которая после реставрации была освящена в 1998 году. В начале 2000-х годов, в связи с невозможностью демонтажа аэродинамической трубы, городские власти выделили земельный участок в центре Казани для строительства нового храма.
Строительство нового храма началось в 2005 году и завершилось в 2008 году. 29 августа 2008 года состоялось освящение нового храма, которое возглавил декан Коллегии кардиналов. Архитектура нового храма выполнена в стиле классицизма, с сохранением традиционных элементов католического храмостроительства, но с учетом требований городских властей к интеграции в окружающую застройку.