Во второй половине XIX века Оса была уездным городом Пермской губернии и центром обширного Осинского уезда, включавшего 47 волостей. В это время в городе проживало около четырех тысяч человек, преимущественно православных. После того как Оса стала уездным городом, началось строительство каменного собора с двумя приделами в честь Успения Божией Матери и святителя Николая. Строительство началось в 1795 году. Городское кладбище, находившееся возле строящегося храма, оказалось в центре города, и в 1802 году власти решили перенести его за речку Ершовку.

В начале XX века в Пермском епархиальном календаре за 1882 год отмечено, что при Градо-Осинском Успенском соборе числится кладбищенская Предтеченская деревянная церковь, при которой старостой был купец Алексей Иванович Осипов. Взамен деревянной церкви планировалось строительство каменной. В августе 1876 года священнослужители Осинского Успенского собора и церковный староста представили план строительства новой кладбищенской церкви в Пермское губернское правление. В прошении указывалось, что жители Осы всех сословий желают построить новый каменный храм вместо ветхого деревянного. На строительство имелись средства: 6 824 рубля, половина из которых была пожертвована на новый храм. Также поступали пожертвования строительными материалами, в том числе 150 тысяч кирпичей. Алексей Осипов заявил о готовности покрыть расходы на строительство из собственных средств.

План строительства был одобрен Пермским губернским правлением. 2 сентября 1876 года строительное отделение представило документы о строительстве нового храма в Пермскую духовную консисторию. Для наблюдения за строительством был назначен техник. 5 октября 1876 года план и грамота на закладку храма были подписаны архиепископом Пермским и Верхотурским Антонием. Указ на строительство был выслан протоиерею Ипполиту Смышляеву.

Алексей Осипов в тот же день подтвердил получение указа и плана, утвержденного правлением и архиепископом. Указ также читали священники Матвей Баранов, Николай Митюхляев, дьякон Иоанн Кудрявцев и псаломщик Василий Попов. К концу 1879 года строительство храма завершилось, и начались работы по внутренней отделке. В феврале 1880 года протоиерею Федору Будрину был выслан указ о разрешении строительства иконостаса. 8 июля 1882 года в Осе произошло освящение нового храма Казанской иконой Божией Матери, построенного на средства купца Осипова и других благотворителей.

В Клировой ведомости за 1888 год указано, что каменная церковь во имя Казанской Божией Матери была построена вместо ветхой деревянной и освящена в 1882 году. Богослужения проводились в воскресные и праздничные дни, а также по заказу прихожан для поминовения усопших.

13 июля 1883 года Пермская духовная консистория рассмотрела рапорт о разрешении постройки ограды вокруг кладбищенской церкви. Было решено огородить землю, отведенную под церковь, на средства, пожертвованные Алексеем Осиповым и другими лицами.

В 1914 году в Клировых ведомостях описывалось, что каменный храм с колокольней был крепким и покрыт железом. В библиотеке храма находилось 250 томов для чтения.

Церковь была построена из красного кирпича и повторяла тип древнерусского крестовокупольного храма. Центральная часть храма украшена богатым декором, характерным для русской архитектуры XVII века. Внутреннее устройство храма традиционно для православных храмов, с притвором, центральной частью и алтарем. Стены расписаны сценами из Ветхого и Нового Завета, иконами святых и событиями праздников.

В 1939 году церковь была закрыта и использовалась как склад. В 1944 году она была вновь открыта по просьбе верующих. В настоящее время в храме проходят православные конференции, посвященные роли православия в истории Осы и судьбам священнослужителей. Богатый внешний и внутренний декор придают храму особую красоту и уникальность.