Крестовоздвиженская церковь в посёлке Васильево была построена в 1870–1872 годах по проекту техника Казанской губернской земской управы И. А. Александрова. Инициатором строительства выступил настоятель Раифского монастыря архимандрит Варлаам. Средства на возведение храма были выделены монастырём и собраны прихожанами. Первоначально храм был однопрестольным, освящённым в честь Воздвижения Креста Господня.
В 1907–1908 годах к церкви были пристроены два придела: во имя святителя Николая Чудотворца и мученика Арефы. Расширение храма осуществлено на средства владельца Васильевского стекольного завода П. М. Богданова и казанского купца Л. А. Матвиевского. Инициатором строительства приделов стал профессор Казанской духовной академии Н. И. Ивановский, известный своей миссионерской деятельностью. В этот же период был надстроен четверик храма.
12 июля 1897 года в храме совершил литургию святой праведный Иоанн Кронштадтский, посетивший Васильево по приглашению профессора Ивановского. В 1938 году церковь была закрыта советскими властями, а её здание использовалось под кинотеатр и клуб. Колокольня и купол были разрушены, внутреннее убранство утрачено.
В 1990 году храм возвращён Казанской епархии. Главный престол освящён в 1991 году, придел святителя Николая — в 1993 году. В 2010 году освящён третий придел в честь Казанской иконы Божией Матери. В ходе восстановительных работ воссозданы колокольня, купол и внутреннее убранство. Богослужения совершаются по субботним, воскресным и праздничным дням.
Архитектура храма представляет собой эклектику с элементами русского стиля. Четверик завершён четырёхскатной кровлей с главкой на глухой шейке. Нижние оконные проёмы украшены романскими пилястрами и полукруглыми кокошниками. Колокольня трёхъярусная, восстановлена в 1996 году.
