Храм в честь Казанской иконы Божией Матери, также известный как Богородицкая церковь, был заложен 24 мая 1815 года в посёлке Нижне-Исетского завода, который сейчас находится на территории микрорайона Химмаш. До этого, с 12 июля 1809 года, в посёлке действовала деревянная Вознесенская церковь, перевезённая из Екатеринбурга. В сентябре 1824 года строящийся храм посетил император Александр I, который, по легенде, собственноручно выковал на заводе два гвоздя и топорище. В 1837 году будущий император Александр II, тогда ещё наследник царевич, также посетил Нижне-Исетский завод и храм в ходе своего путешествия по России.

8 июля 1840 года епископ Евлампий освятил церковь, и она стала главным приходским храмом Нижне-Исетска. У храма было два придела: южный, посвящённый апостолу и евангелисту Иоанну Богослову, и северный, во имя святителя Стефана Великопермского.

1 марта 1909 года при храме открылось Нижне-Исетское отделение Арамильского церковного общества трезвости, в котором к 1911 году состояло 146 человек, а в приходе числилось более трёх с половиной тысяч человек. В 1935-1936 годах храм был закрыт советскими властями, хотя точная дата закрытия неизвестна; предполагается, что это могло произойти в 1946 году. В советское время здание использовалось как клуб детдома, клуб химмашзавода и заводской цех, а затем долгое время пустовало.

20 июня 1974 года храм был взорван.

5 апреля 2002 года архиепископ Викентий освятил закладной камень, и началось восстановление храма. 21 июля 2004 года на этом месте впервые за многие десятилетия была отслужена Божественная Литургия. С июня 2011 года в храме регулярно проводятся богослужения.