Рядом с демидовской усадьбой, на острове, возвышается старейший храм Сошествия Святого Духа на Апостолов, известный как Старая церковь. На Южном Урале это второй по времени создания каменный храм, уступающий возрастом лишь Уйскому Троицкому собору в Троицке. Он один из немногих храмов в стиле барокко, практически не подвергавшийся перестройке, и был построен вместе с Кыштымом, став свидетелем всей его истории.

Согласно легенде, в 1755 году, после осмотра окрестностей и начала строительства завода, Никита Никитич Демидов обедал на острове и произнес: «Пусть народ ведает, где Никита обедает! Построить здесь храм!» Это решение до сих пор вызывает удивление у исследователей. Г.Х. Самигулов отмечает, что церковь была заложена не в центре поселения и не на возвышенности, а на острове посреди пруда. Это нестандартное решение, так как обычно церкви или мечети не отделяют от поселения водным пространством. Тем не менее, строительные работы начались сразу. Камень доставляли с Кыштымского и Сугомакского рудников, где его накопилось достаточно после вскрышных работ. Архитектурный проект был выбран необычный.

Церковь строили с размахом: в два этажа, из кирпича и камня. Материалы поднимали вручную или с помощью простейших лебедок. Для провинции церковь получилась нарядной и величавой. Верхний этаж был посвящен Сошествию Святого Духа, а нижний, Усекновению главы Иоанна Предтечи. Верхний этаж не отапливался, и службы там велись летом, а нижний действовал круглый год.

Строительство заняло пять лет, финансировалось заводчиками и жителями поселка. В 1764 году работы завершились, и храм расписали богомазы Богатыревы. Краевед Б. Мещеряков указывает, что храм освятил протоиерей Екатеринбургский Федор Кочнев 7 февраля 1765 года. Первое испытание храм пережил в годы пугачевского бунта. В январе 1774 года повстанцы прорвались через деревянные стены завода. Говорят, что староста храма Ефим Норкин ударил в набат и был сброшен с колокольни. Пугачевцы устроили лагерь вокруг храма, запускали внутрь коней, жгли костры, снимали ризы с икон и прокалывали их копьями.

Отец Алексий Горных докладывал, что бунтовщики разбили двери и окна, убили трапезника и унесли все ценное из обеих церквей. После их отступления потребовался год на восстановление храма. 1 февраля 1775 года его вновь освятил протоиерей Власий Коровицкий. Второе испытание выпало на советские 1920-30-е годы, когда церковь закрыли и разграбили, но не взорвали. В здании размещались склады, типография, кинопрокат и городской музей. Храм ветшал, купола ржавели, штукатурка осыпалась, полы сгнили.

В 2000 году восстановлением храма занялись прихожане во главе с отцом Николаем Гашковым. Сначала отремонтировали первый «теплый» этаж, где начались службы, затем работы продолжились на втором этаже и 44-метровой колокольне, с которой открывается вид на Кыштым. В декабре 2002 года митрополит Иов вновь освятил храм, в третий раз за его историю. В августе 2015 года строительные леса были сняты, а в ноябре впервые за многие десятилетия над водой заводского пруда разнесся колокольный звон.