Первые упоминания о деревянной церкви в Сорочинской крепости, посвященной Рождеству Христову, встречаются в Клировой ведомости за 1854 год. В документе говорится, что Христорождественская церковь была построена в 1788 году усилиями священника Георгия Гаврилова и отставного казака Михаила Колосова. Церковь была деревянной, с такой же колокольней и одним престолом.

В 1859 году завершилось строительство новой Михаило-Архангельской церкви с приделом во имя Святого Митрофана Воронежского. Однако 27 апреля 1860 года обе церкви, старая и новая, сгорели в пожаре, уничтожившем большую часть села, включая около 300 дворов. В период с 1866 по 1872 годы в селе была возведена новая деревянная церковь с колокольней во имя Архистратига Михаила, с двумя приделами: правым в честь Святого Николая и левым в честь Святого Митрофана Воронежского.

В 1883 году жители села обратились с просьбой о создании плана каменной церкви во имя Казанской Божией Матери, рассчитанной на 1200 человек. Строительство Казанской церкви велось с 1884 по 1889 годы под наблюдением Епархиального архитектора Иноземцева. 20 декабря 1892 года церковь была освящена Епископом Самарским Гурием и стала приписной к Михаило-Архангельскому храму.

23 июля 1899 года деревянный храм Михаила Архангела сгорел после ремонта. 12 августа того же года церковный причт и староста обратились к Епископу Гурию с просьбой разрешить строительство нового каменного храма на месте сгоревшего. Епископ Гурий заложил крест на месте будущего храма и положил святые мощи в камень. К осени 1905 года строительство было завершено, и храм был покрыт железом, окрашен снаружи и оборудован печью.

18 февраля 1907 года правый придел во имя Святого Николая был освящен, а 12 сентября 1910 года, левый придел во имя Святого Митрофана Воронежского. Главный престол был освящен предположительно в конце 1911 года, и 21 ноября того же года состоялось первое богослужение.

В 1918 году новая власть запретила церковные службы, священнослужители были репрессированы, а церковь Казанской Божией Матери разрушена. В 1920-1921 годах началось изъятие церковных ценностей, затронувшее и Михаило-Архангельский храм. Храм действовал около двадцати лет и был закрыт в 1930-1931 годах, началась его частичная разборка.

16 мая 1945 года Сорочинскому присвоили статус города, и возникла необходимость в церкви. На пожертвования был приобретен дом, который прихожане переоборудовали для службы и освятили во имя Архистратига Михаила. 26 марта 1946 года митрополит Мануил Лемешевский прибыл в Сорочинск для освящения молитвенного дома.

К концу 1980-х годов городской дом культуры, располагавшийся в полуразрушенном храме Михаила Архангела, прекратил существование. 27 декабря 1990 года здание храма, находившееся в аварийном состоянии, было передано верующим решением Сорочинского городского Совета народных депутатов.