Храм был построен в конце XVII, начале XVIII века, его главный престол посвящен Нерукотворному Образу Спасителя. Первоначально деревянный храм во имя Нерукотворного Образа Спасителя возвели в середине XVI века после визита Ивана Грозного в монастырь. В числе даров царя за исцеление у Толгской иконы была икона Нерукотворного Образа Спасителя, ставшая святыней монастыря и почитаемая как чудотворная.

В 1710-х годах построили небольшой одноэтажный каменный храм во имя Нерукотворного Образа Спасителя, фасады которого украсили лепниной и скульптурными элементами. Купол храма увенчан девятью главами: одной большой и восьмью маленькими. Первоначально на южной стороне храма был придел в честь Воскрешения праведного Лазаря, который в 1793 году упразднили по ветхости, а в 1798 году граф А. И. Остерман возобновил его и освятил в честь святителя Димитрия Ростовского.

С западной стороны к церкви пристроили двухэтажный корпус, называемый больничным, где с 1757 года проживали нуждающиеся в уходе отставные офицеры. В 1798 году здесь разместилась монастырская больница. В 1806 году в Спасском храме начали проводить занятия Ярославской духовной семинарии, а позже уездно-приходского училища. В 1836 году обветшавший больничный корпус вернули монастырю, при ремонте разобрали второй этаж. В 1880 году Спасский храм реконструировали, добавив новое крыльцо. С 1888 года здесь располагались подсобные службы, трапезная, кухня, посудная и хлебопекарня. В 1911 году храм отремонтировали: стены покрасили масляной краской, каменные полы заменили на деревянные, купола покрыли алюминием. В церковь вели два входа, парадный и обыденный, со стороны больничных палат.

На стене бывшего больничного корпуса размещены мемориальные доски в память о тех, кто нашел последний приют под трапезной храма. Захоронение в монастыре было привилегией людей, чья жизнь отмечена духовными подвигами и служением Отечеству. Особого внимания заслуживают имена Н. А. Тучкова и А. П. Мельгунова.

В советское время в Спасской церкви был детский сад. В 1959 году специалисты «Ярреставрации» констатировали, что храм находится в крайне аварийном состоянии, с трещинами по основному объему здания. В 1960-х годах силами «Ярреставрации» провели восстановительные работы, предотвратившие разрушение. В 1985 году был разработан проект приспособления Спасского корпуса под павильон для отдыха с каминным залом, гостиной и кинозалом, но он не был реализован.

Реставрация храма началась после передачи монастыря Русской Православной Церкви. В 1988 году Спасская церковь была освящена архиепископом Ярославским и Ростовским Платоном. Первый иконостас простоял до 1988 года, иконы для него писала православная художница И. В. Ватагина из Москвы. В 1998 году по проекту монахини Тихоны Поспеловой был изготовлен новый иконостас. Позолоту иконостаса, резные киоты и стенные росписи выполнили сестры обители. Реставрационные работы завершились к 1999 году.