L'histoire de la sainteté poltavaise est unique. Après la bataille de Poltava, le tsar Pierre Ier ordonna la fondation d'un monastère masculin en l'honneur de la victoire sur les Suédois, avec deux églises : la supérieure, dédiée aux apôtres Pierre et Paul, et la inférieure, Sampsonienne, en l'honneur de Sampson l'Hospitalier. Cependant, l'ordre ne fut pas réalisé.

En 1840, I. S. Soudienko, conseiller secret, fit don de 100 000 roubles pour la construction de l'église sur le champ de bataille de Poltava. En 1841, le projet de l'architecte I. I. Charlemagne fut approuvé, retravaillé en 1848. Le temple en l'honneur de Sampson l'Hospitalier fut posé en 1852 et consacré en 1856 grâce aux fonds de Soudienko. La première église était petite, de style byzantin, avec un dôme central et quatre coupoles décoratives. En face, deux petites maisons en pierre furent construites pour le clergé.

En 1887, une école pour garçons ouvrit près de l'église, où l'enseignant était l'hiéromoine Hariton Karpilensky. En 1888, plus de 30 élèves fréquentaient l'école, et en 1889, elle fut transformée en école paroissiale. Les services religieux devinrent quotidiens, car les élèves et leurs proches visitaient le temple. En 1892, grâce aux fonds de l'évêque Hilarion, un nouveau bâtiment scolaire pour 50 élèves fut construit, et en 1899, une école de formation de trois classes fut ouverte.

L'église devint trop petite, et en 1890, le procureur général du Synode K. P. Pobiedonossev soutint l'extension du temple. L'architecte du Synode Nikov élabora un projet de reconstruction. À l'occasion du 200e anniversaire de la bataille de Poltava, selon le projet de S. V. Nosov, le clocher fut achevé, un iconostase en marbre fut installé, l'intérieur fut décoré, et une peinture représentant Pierre Ier fut placée sur la façade. En 1909, le premier musée de l'Histoire de la bataille de Poltava ouvrit près de l'église, fonctionnant jusqu'en 1918.

L'église souffrit pendant les persécutions et fut fermée en 1948, mais en 1990, elle fut remise à la communauté orthodoxe. En 2003, le clocher fut restauré dans son état d'origine.