L'apparition de ce temple est liée à un événement important dans l'histoire d'Astrakhan. En 1670, la ville a été capturée par des cosaques sous le commandement de Stepan Razin. Pendant presque deux ans, ils ont régné sur Astrakhan, ayant à leur actif de nombreux citoyens exécutés, et le 11 mai 1671, ils ont tué le métropolite d'Astrakhan, Joseph, après de terribles tortures. En novembre 1671, des troupes royales commandées par le voïvode Ivan Bogdanovich Miloslavsky se sont approchées de la ville. Après de longues négociations, les Astrakhaniens, fatigués du tumulte, ont accepté de rendre la ville pacifiquement le 27 novembre, jour de la célébration de l'icône de la Mère de Dieu « Znaménie ». En l'honneur de cet événement, à l'initiative du voïvode Miloslavsky, une église en bois a été construite. Il est difficile de donner une date précise pour la construction, mais il est probable que le temple a commencé à être érigé immédiatement après ces événements. En 1672, il pourrait déjà avoir été achevé et consacré par le nouveau métropolite Parthenius.

Le temple était situé dans la partie sud de la ville blanche, près des murs. À proximité se trouvait un cimetière et, peut-être, un monastère féminin. Cependant, l'hypothèse selon laquelle le monastère était associé à l'église Znaménie est erronée, car en 1671, il y avait déjà un monastère féminin de l'Annonciation à Astrakhan. Le monastère était simplement situé à côté de l'église Znaménie, qui était paroissiale.

Après octobre 1917, l'église Znaménie a traversé des temps difficiles. En janvier 1916, pendant les combats, le temple a été menacé. Une rumeur a circulé selon laquelle des cosaques blancs tiraient depuis le clocher de l'église avec une mitrailleuse. Les bolcheviks ont pris cela au sérieux et ont décidé de faire sauter l'église, mais, par la grâce de Dieu, cela ne s'est pas produit. L'église a miraculeusement survécu à l'incendie qui a détruit le centre d'Astrakhan. Tout autour du temple a brûlé, sauf la confiserie Sharlau, et il est resté une île miraculeuse au milieu du feu. Malheureusement, tous les bâtiments de la cour de l'église ont brûlé.

Peu après, un événement significatif s'est produit dans l'église Znaménie pour l'église d'Astrakhan et la ville. Le 24 mai 1919, la glorification du saint martyr Joseph, métropolite d'Astrakhan, a eu lieu. Cet événement était attendu depuis longtemps par les Astrakhaniens, mais en décembre 1918, l'accès des croyants au Kremlin, où se trouvaient les reliques du saint, a été entravé. Le Kremlin a été occupé par les organisations de l'état-major de la 11e Armée rouge, et les autorités militaires ont progressivement pris possession des bâtiments ecclésiastiques. Le 23 mai, la veille de la glorification, les autorités ont interdit les services dans la cathédrale de l'Assomption et l'ont scellée. C'était une tentative d'entraver les célébrations, mais l'archevêque Mitrophane Krasnopolski a béni la tenue d'un service dans l'église Znaménie. C'était symbolique, car la fondation de l'église Znaménie est liée au nom du saint martyr Joseph, tué par les cosaques, par les prières duquel Astrakhan a été libérée. Le jour de la glorification, le 24 mai, une tentative a été faite pour organiser une procession de l'église Znaménie à celle de l'Assomption, mais les autorités militaires n'ont pas laissé passer les croyants.

Après la capture au printemps 1924 par les rénovateurs de l'église de la Nativité de la Mère de Dieu, l'archevêque Faddei Ouspensky a transféré son siège à l'église Znaménie, qui est devenue cathédrale. Cependant, une semaine plus tard, elle a également été saisie par les rénovateurs. Ils sont restés dans le temple jusqu'en 1930, lorsque celui-ci a été repris et transformé en club central pour les pionniers. Mais le club ne s'est jamais installé, et le 2 juillet 1930, un point de formation en construction a été ouvert dans le bâtiment de l'église. Contrairement à de nombreuses églises d'Astrakhan, l'église Znaménie a conservé la majeure partie de sa structure, ne perdant que la partie supérieure avec les dômes et le clocher, et a été réaménagée en usine à pain. C'est sous cette forme que le temple existe encore aujourd'hui.