Во время этого происшествия император имел при себе копию древней чудотворной Вологодской иконы Нерукотворного Спаса, что послужило дополнительным основанием для посвящения храма именно этому образу.
Инициатива строительства храма исходила от нижегородского купечества, которое в 1888 году организовало сбор средств на возведение церкви. В комиссию по сбору вошли видные промышленники и финансисты: Н. А. Бугров, Н. Е. Башкиров, А. А. Блинов, А. М. Губин, В. А. Соболев и другие. В 1897 году был создан строительный комитет под председательством Я. Е. Башкирова. В следующем году среди членов Императорского Санкт-Петербургского общества архитекторов был объявлен конкурс на разработку проекта храма. Первую премию получил проект архитектора Александра Мстиславовича Кочетова, выполненный в русском стиле XVII века по образцу Троицкой церкви в подмосковном селе Останкино.
Закладка храма состоялась 7 июня 1899 года при участии епископа Нижегородского и Арзамасского Владимира. Строительство велось под надзором академика архитектуры В. П. Цейдлера. К 26 августа 1903 года на колокольню был поднят последний большой колокол, а 12 октября того же года епископ Назарий освятил церковь.
Архитектурно храм представляет собой пятиглавое здание с ярусной колокольней, построенное из красного кирпича. Фасады украшены декоративными элементами, характерными для русского стиля XVII века. Вместимость храма составляет около 1700 человек. Внутренние росписи частично воспроизводят изображения из храма Христа Спасителя в Москве и Владимирского собора в Киеве, выполненные по эскизам художников В. М. Васнецова, И. Е. Репина, В. В. Верещагина, Г. И. Семирадского и других.
После революции 1917 года храм оставался действующим и стал одним из немногих приходов нагорной части города. С начала 1920-х годов здесь располагалась архиерейская кафедра, возглавляемая митрополитом Сергием (Страгородским). В 1937 году храм был закрыт, и его помещения использовались под склад швейного предприятия «Весна», а затем как архивохранилище. Во время Великой Отечественной войны на колокольне была установлена зенитная установка для обороны города.
