Каменный храм во имя Пресвятой Богородицы был заложен в середине XVIII века рядом со старой деревянной церковью в южной части города, вдоль дороги на Иркутск. Средства на строительство пожертвовал купец первой гильдии Дмитрий Барабанов, а освящение храма состоялось в 1773 году. Оба храма обладали богатой утварью, например, в деревянной церкви был иконостас с большой иконой «Страшный суд».

Первоначально Богородицкий храм представлял собой небольшое двухъярусное сооружение с кирпичным сводом и восьмигранным куполом. Верхний восьмигранный объём стоял на квадратном основании, что характерно для «нарышкинского» барокко. Особое внимание привлекало декоративное оформление фасада, в частности, наличники окон нижнего яруса с килевидными кокошниками. Каменщики были мастерами своего дела и использовали фигурные кирпичи для создания узоров. Предполагается, что храм был построен московскими мастерами в кирпичном стиле и изначально не оштукатуривался.

В 1862 году по поручению архиепископа Иннокентия Вениаминова церковь была значительно расширена. С западной стороны пристроили узкую трапезную часть с северным и южным приделами, соединёнными арочными проёмами. Композицию завершала массивная трёхъярусная колокольня с высоким шпилем. Декор фасадов этой части был лаконичным. Перестройка была осуществлена на средства вдовы Анны Чепаловой. В 1922 году, во время осады Якутска белогвардейскими частями, деревянная Богородицкая церковь была разрушена и использована как топливо.

В советские годы в здании каменного храма разместились лаборатория по испытанию строительных материалов, геологические фонды и геологическая выставка-музей. С 1953 года там работала Станция космических лучей, а в 1962 году здание полностью занял Институт космофизических исследований и аэрономии Якутского филиала Сибирского отделения Академии наук СССР. Также в церкви хранилась часть фонда научной библиотеки.

В 1997 году храм был передан Якутской епархии, но только в мае 2004 года лаборатории освободили помещения. По благословению владыки Зосимы каждое воскресенье протоиерей Михаил Павлов с верующими читал акафист Божией Матери в разрушенном здании. К ноябрю 2009 года удалось восстановить внешний облик церкви, а в декабре состоялось первое богослужение в одном из боковых приделов. В центральном приделе планируется установить уцелевший иконостас из Иоанно-Предтеченского храма, который находится на реставрации в Нижнем Новгороде. Там же были изготовлены два золочённых резных иконостаса для боковых приделов, которые епископ Роман освятил 14 октября 2013 года. Интересно, что церковь, поделившаяся иконостасом, теперь не существует, на её месте находится гостиница «Полярная звезда».