Строительство храма началось в 1896 году и завершилось в 1898 году. Изначально он был возведён как гарнизонная церковь, предназначенная для одновременного присутствия целого полка военных. Храм был включён в реестр церквей Таврической епархии и располагался на углу улицы Александро-Невской и Церковного переулка.
Архитектурный облик храма сочетал элементы русского и византийского зодчества. Капители, арочные окна, украшенные наличниками, и полукруглые завершения внешних стен — закомары — придавали зданию торжественный вид. Над входом возвышалась трёхъярусная колокольня, окна второго яруса которой были тройными, разделёнными тонкими колоннами. Внутреннее убранство храма отличалось росписью и позолоченным иконостасом.
В период советской власти храм был закрыт и подвергся разрушению. В 1946 году здание было передано под молитвенный дом, который был перестроен из частного дома. Позднее здание было капитально перестроено: пристроены алтарь, притвор с колокольней, установлен купол с главкой.
В начале XXI века деревянный храм пришёл в ветхое состояние, колокольня была наклонена, что представляло опасность обрушения. Бузулукской и Сорочинской митрополией было принято решение построить новую церковь, при этом не сразу сносить старый храм, а построить вокруг него каменный храм и только потом убрать старую постройку внутри него. Решение было воплощено в жизнь, и 4 ноября 2021 года на месте прежней церкви епископ Бузулукский и Сорочинский Алексий освятил возрождённый в Сорочинске храм Казанской иконы Божией Матери и совершил в нём первую Божественную литургию.
