Die Geschichte der römisch-katholischen Kirche in Tambow beginnt in den 60er Jahren des 19. Jahrhunderts. Nach der Niederschlagung des polnischen Aufstands im Jahr 1863 wurden viele katholische Polen in verschiedene Gouvernements Russlands verbannt, und eine beträchtliche Anzahl von ihnen fand sich in der Region Tambow wieder. Im Laufe der Zeit ließen sie sich in Tambow nieder, und es entstand die Notwendigkeit eines Tempels als spirituelles und kulturelles Zentrum. Im Oktober 1896 versammelten sich die katholischen Gläubigen von Tambow im Saal der Öffentlichen Bibliothek und beschlossen, einen eigenen Tempel zu bauen.

Dreiundsechzig Vertreter, darunter die Swirczewskis, Kamenskis, Wolski, Kuczewski und andere, diskutierten Fragen der Finanzierung und des Standorts für den Bau der Kirche. Es wurde eine Sammlung zur Mittelbeschaffung eröffnet. Für den Bau wurde das Anwesen von M. A. Kuczewski in der Pokrowskaja-Straße vorgeschlagen, in der Nähe des Hauses von A. N. Tschitscherin. Das Anwesen war groß genug, um ein vorübergehendes Gebetshaus unterzubringen, das später zu einem Waisenhaus werden könnte. Die Mittel für das Waisenhaus wurden von dem Arzt Woronitsch hinterlassen.

Das Projekt und die Kostenschätzung wurden 1898 erstellt. Der Bau wurde von einem Rat aus vier Personen geleitet: K. K. Wolski, dem Bauingenieur Teofil Swirczewski, dem Gerichtsbeamten A. Kostetsky und dem Ingenieur-Technologen Kazimir Dembowski. Die Arbeiten wurden unter der Leitung von Teofil Swirczewski durchgeführt. Bereits am 25. Mai 1903 begannen die Gottesdienste in der Kirche, obwohl der Tempel noch nicht vollständig fertiggestellt war. Die Innenausstattung dauerte mehrere Jahre.

Die Kathedrale, die im gotischen Stil mit zahlreichen Spitzbögen und zwei hohen Türmen gestaltet war, war einzigartig für das zentrale Russland. Der Kunsthistoriker G. K. Lukomski bemerkte den Einfluss der russischen Kunst darin. Dieses architektonische Denkmal ist jedoch nur auf seltenen vorrevolutionären Postkarten erhalten geblieben. Um die Kirche wurde eine Gemeinde gegründet, und ein katholischer Priester wurde ernannt, der dem Metropoliten von Mogiljow unterstand. Das Anwesen rund um die Kirche war mit Grünanlagen und Blumenbeeten geschmückt.

Die Kirche diente den Gläubigen nur 32 Jahre. Im Jahr 1918 begannen die Behörden, ihr Eigentum zu beschlagnahmen. Der Metropolit von Mogiljow schrieb, dass das Eigentum der Kirchen in Russland aus Spenden ausländischer Bürger geschaffen wurde und der Staat keine Rechte darauf hat. Zu Beginn der 20er Jahre wurde die Bibliothek an der Kirche geschlossen, und die Bücher wurden an den polnischen Parteiklub übergeben. Der Priester Kazimir Werzbicki wurde in den 30er Jahren repressiert.

Im Februar 1935 verstummte die Orgelmusik in der Kirche. Es wurde berichtet, dass die Gemeinde zerfallen war und die Kirche nicht genutzt wurde. Der Stadtrat bot an, die Räumlichkeiten für kulturelle Zwecke zu vermieten, aber es gab keine Interessenten. Im Juni 1936 wurde vorgeschlagen, die Kirche in eine Schneiderei umzubauen. Die spirituellen Werte der Kirche gingen verloren, und nach dem Krieg wurde die Orgel demontiert. Lange Zeit wurde das Gebäude von einer Fabrik genutzt.

Bis Mitte der 90er Jahre des 20. Jahrhunderts war die Kirche in einem beklagenswerten Zustand. Doch dank der Bemühungen des Journalisten K.N. Denisov wurde 1996 die katholische Gemeinde wiederbelebt, und das Gebäude wurde den Gläubigen zurückgegeben. Mit Hilfe von Mitteln aus Polen begann die Wiederherstellung des Tempels. Im Jahr 1998 wurde im Tempel das Ewige Licht entzündet, und im Jahr 2000 wurden die Kreuze geweiht und die Türme installiert. Im Jahr 2001 wurden die Glocken geweiht und installiert, die von einer polnischen Firma gespendet wurden. Die Wiederherstellung der Kirche unter der Leitung von Pater Józef Matis wurde weitgehend abgeschlossen. Im Jahr 2007 wurde vor der Kirche ein Denkmal für den Heiligen Nikolaus errichtet.