Храм Всех Святых в Гатчине был построен в 1888–1889 годах на месте деревянной часовни, возведенной в 1851 году при открытии Нового кладбища. Часовня, освященная во имя Всех Святых, к 1880-м годам пришла в ветхость, и по указу императора Александра III на её месте была сооружена каменная однопрестольная церковь. Проект храма выполнен архитектором Николаем Васильевичем Дмитриевым, главным архитектором Гатчины в 1885–1902 годах. Церковь построена в псевдорусском стиле с использованием красного кирпича.
Освящение храма состоялось 29 октября 1889 года. Чин освящения совершил протоиерей Иоанн Толмачёв, сакелларий собора Спаса Нерукотворного Образа в Зимнем дворце Санкт-Петербурга, в сослужении гатчинского духовенства. Внутри храма находился белый позолоченный иконостас византийского стиля, а престол был украшен мраморным облачением с византийскими орнаментами работы скульптора К. О. Гвиди. Вместимость церкви составляла до 400 человек.
До 1920 года храм был приписан к Гатчинскому собору апостола Павла, и богослужения в нём совершался причт собора. С 1920 по 1938 год настоятелем храма являлся протоиерей Александр Александрович Калачёв. В феврале 1938 года он был арестован, а 12 марта расстрелян. 16 марта 1939 года храм был закрыт постановлением Президиума Леноблисполкома и переоборудован под клуб.
В начале сентября 1941 года, во время Великой Отечественной войны, в здании храма располагался штаб артиллерийского батальона. 9 сентября в результате авианалёта купол храма был разрушен бомбовым ударом. В послевоенные десятилетия здание пришло в руинированное состояние. В 2014 году по благословению епископа Гатчинского и Лужского Митрофана (Осяка) был создан приход храма Всех Святых, начавший работы по его восстановлению. С 2015 года в храме возобновлены регулярные богослужения.
В 2019 году храм включён в список объектов культурного наследия России регионального значения. В настоящее время ведутся реставрационные работы, направленные на восстановление исторического облика здания.