Рядом с церковью Петра Митрополита и Владимирским собором, на Проездной улице, расположено здание, в котором, несмотря на изменения, можно распознать церковь. Эта двухэтажная постройка из красного кирпича, украшенная в неорусском стиле, с местом для иконы на фронтоне, несколькими фризами, богато оформленным крыльцом и широкой граненой апсидой, сохранила большую часть своих элементов.

В документах Государственного архива Владимирской области содержатся сведения о строительстве комплекса зданий Присутственных мест с тюрьмой в Переславле-Залесском Владимирской губернии. 11 февраля 1839 года Главное управление Путей сообщения и Публичных зданий приняло решение построить в Переславле-Залесском комплекс каменных зданий Присутственных мест и тюремного замка. К 1 ноября 1840 года строительство здания Присутственных мест, двух флигелей, тюремного замка и ограды было завершено. 14 октября 1841 года комплекс был передан Переславскому городничему Долгову по описи.

22 июля 1900 года, в день тезоименитства императрицы Марии Федоровны, в Переславле-Залесском была заложена церковь при местном тюремном замке и освящено здание детского приюта. Директор тюремного отделения, потомственный почетный гражданин С.П. Павлов, поддержал это начинание и взял на себя расходы по устройству церкви. Храм будет посвящен Преподобному Сергию Радонежскому. Церковное торжество закладки храма и освящение дома для приюта провел Соборный протоиерей о. А.А. Дилигенский в сослужении со священником, Законоучителем детского приюта о. А.Ф. Смельчаковым и соборным священником О.В. Виноградовым.

Строительство Церкви преподобного Сергия Радонежского завершилось в 1906 году, по другим данным, в 1911 году. В церкви был установлен иконостас в стиле модерн. В начале 1920-х годов храм был закрыт, уничтожены купола над ним и алтарем. Здание было переоборудовано под отделение Сбербанка.

12 июня 2010 года здание церкви было безвозмездно передано Ярославской епархии по решению городской думы Переславля и постановлению мэра города. Документы были вручены архиепископу Ярославскому и Ростовскому Кириллу во время торжеств, посвященных празднованию Дня России и памяти святого благоверного князя Александра Невского, родившегося в Переславле.