Первая деревянная церковь во имя святых Жен-Мироносиц была построена в Ямской слободе Калуги в 1698 году на средства прихожан. По преданию, посвящение храма связано с традицией ямщиков совершать молебен в день памяти святых Мироносиц по случаю выгона скота на пастбища. В тот же день в слободе проводилась конная ярмарка, позднее перенесенная к Крестовскому монастырю в 1830-х годах.
В 1767 году деревянный храм полностью сгорел. На его месте была возведена небольшая каменная однопрестольная церковь простой архитектуры, представлявшая собой одноэтажное продолговатое здание с округлой восточной частью. При церкви находилась каменная колокольня в виде десятисаженной остроконечной башенки. В 1778 году, с реализацией генерального плана застройки Калуги, территория храма, ранее находившаяся за северной границей города, вошла в его черту.
16 марта 1798 года началось строительство нового каменного храма по проекту губернского архитектора Ивана Денисовича Ясныгина. К 1804 году здание было завершено и украшено внешней отделкой. В 1800 году в трапезной части был устроен придел во имя Казанской иконы Божией Матери, а в 1809 году освящен второй придел - во имя Сретения Господня. Храмовая икона Сретения была написана во время эпидемии чумы 1771 года.
С 1818 года велось строительство колокольни по проекту архитектора Соколова (в некоторых источниках - Старикова или Старичкова). Из-за слабого грунта в основание было забито около 700 свай и уложено 50 саженей камня. Строительные работы завершились в 1833 году под руководством архитектора П.И. Гусева. В 1842 году были установлены купол и железный шпиль с позолоченными украшениями, а в 1851 году сооружена западная паперть и каменная ограда с железными решетками.
В 1930 году храм был закрыт и использовался как складское помещение. С 1942 года колокольня выполняла функцию водонапорной башни, для чего внутри был установлен металлический бак емкостью около 500 тонн воды. В 1960 году здание получило статус памятника архитектуры республиканского значения. В 1990 году храм был возвращен Калужской епархии Русской Православной Церкви.