L'église a été construite en 1818 grâce aux fonds du marchand Ivan Nikitich Barykov. Le projet a été développé par le célèbre architecte russe Abraham Ivanovich Melnikov, qui a également conçu la cathédrale Spaso-Preobrazhensky à Rybinsk, l'École impériale de droit à Saint-Pétersbourg et l'escalier Potemkine à Odessa.

L'église avait trois autels : le principal, dédié à l'Exaltation de la Sainte Croix, et deux dans la salle à manger chaude, au nom des Saintes Femmes Myrrhophores et de Saint Nikita le Grand Martyr. Grâce à son riche intérieur et à sa capacité significative, dépassant celle de l'ancienne cathédrale de la ville, l'église de la Croix-Glorieuse remplissait des fonctions de cathédrale jusqu'aux années 1840, jusqu'à l'achèvement de la nouvelle cathédrale au nom de Saint Nicolas le Miracle-Worker.

Du 23 au 25 janvier 1826, le corps de l'empereur Alexandre Ier se trouvait dans l'église, transporté de Taganrog à Saint-Pétersbourg. En mémoire de cet événement, les membres de la famille impériale ont offert un chandelier à l'église, et une plaque commémorative a été installée à l'intérieur. A. A. Fet a décrit ses impressions d'enfance sur les funérailles impériales dans son œuvre "Les premières années de ma vie".

En 1897, l'église a été rénovée pour la dernière fois. À partir de 1899, une école paroissiale a commencé à fonctionner, située dans un bâtiment en bois séparé.

L'église a été fermée en 1930. Pendant la guerre, une bombe aérienne a détruit les voûtes de la salle à manger. En 1960, le bâtiment a été placé sous la protection de l'État, mais les autorités municipales ont tout de même tenté d'obtenir sa démolition, invoquant sa vétusté. Heureusement, l'église a pu être préservée.

Le 23 février 1973, le clocher s'est effondré. Depuis 1976, des travaux de restauration ont été périodiquement réalisés dans l'église, qui ont complètement cessé au début des années 90.

En 1999, l'église a été transférée à la communauté orthodoxe. Les travaux de restauration ont d'abord été financés par la paroisse de l'église de la Sainte-Trinité à Mtsensk. La même année, des services réguliers ont repris dans l'église, la première Divine Liturgie ayant été célébrée à la fête de l'Entrée au Temple de la Sainte Vierge.

Actuellement, l'église continue d'être restaurée et des services religieux y sont célébrés.

Depuis 2006, une école du dimanche fonctionne à l'église, où environ 15 enfants âgés de 5 à 13 ans sont formés. Les cours ont lieu le dimanche de 11h à 14h. Les enfants étudient les bases de la culture orthodoxe et pratiquent des travaux manuels. Pendant les vacances, des pèlerinages, des excursions et des randonnées sont organisés pour eux.