Изначально храм был возведен из дерева в селе Ивановском Казанского уезда в 1741 году, но в 1821 году он сгорел. В то время в Ивановском насчитывалось 47 дворов, где проживали 148 мужчин и 152 женщины, а в Ключах было 257 дворов с 587 мужчинами и 60 женщинами. Когда возникла идея восстановить храм, жители Ключей отправили делегацию к Владыке с просьбой построить каменный храм в их селе. В епархиальном управлении спросили, из чего строить, если нет кирпича. Делегаты заверили, что готовы построить кирпичный завод, лишь бы храм был в Ключах. Это убедило духовную консисторию, и решением № 13189 за 1822 год приход перенесли в Большие Ключи. Храм строили всем миром, и спустя 10 лет, в 1832 году, он был освящен. Роспись храма, чудом сохранившаяся в советские годы, относится к тому же времени.

В июне 1918 года, когда сотрудники ЧК под руководством Валентина Несмелова пришли грабить Раифский монастырь, жители Ключей первыми откликнулись на зов и не только остановили грабеж, но и расправились с мародерами. Власти объявили чекистов героями революции, а крестьян, защитивших монастырь, врагами народа. В Ключах начались репрессии, многие жители были арестованы, осуждены, раскулачены и сосланы на Север.

Несмотря на гонения, когда по всей России закрывались храмы и монастыри, прихожане Ключей в 1928 году не только не позволили властям закрыть храм, но и обновили его внутреннее убранство. Однако в середине 1930-х, после очередной волны репрессий, храм был закрыт, ценные вещи изъяты, а последнему настоятелю, отцу Григорию, проявили милость из-за его возраста. Храм превратили в пекарню, ограду разобрали для склада, а большой колокол увезли в Казань. В 1980-х в здании храма разместили склад и магазин хозтоваров.

В начале 1992 года храм передали Русской Православной Церкви, и архиепископ Казанский и Татарстанский Анастасий направил туда иерея Алексия Смирнова, который начал восстановительные работы. Необходимо было разобрать советские перекрытия, открыть купол, перекрыть кровлю и заказать кресты. Средств на рабочих не было, и настоятель призвал прихожан помочь. Многие откликнулись: кто-то работал, кто-то собирал пожертвования. 21 мая 1992 года храм был вновь освящен.