Каменный храм, посвящённый Тихвинской иконе Божией Матери, был возведён на Соборной площади Коломенского кремля в 1776 году благодаря финансированию местного купца Ивана Тимофеевича Мещанинова при епископе Коломенском Феодосии III. Считается, что церковь была построена на месте старой деревянной.

В 1861 году, по благословению митрополита Московского и Коломенского Филарета Дроздова, купец Филипп Назарович Тупицын инициировал разборку старого храма и строительство нового, более просторного, с пятью куполами и тремя престолами. Новый храм был посвящён Тихвинской иконе Божией Матери, праведному Симеону Богоприимцу и Анне Пророчице, а также иконе Божией Матери «Утоли моя печали». После реконструкции святитель Филарет освятил храм.

После революции из храма был изъят отопительный котёл, но службы продолжались даже зимой. В конце 1920-х годов церковь закрыли, уничтожили её внутреннее убранство и снесли купола. В таком состоянии её вернули общине Успенского собора в 1989 году. В 1990-х годах восстановили все пять куполов, иконостасы боковых приделов, расписали купол и паруса. В новых иконостасах появились иконы русских святых, таких как Сергий Радонежский, Серафим Саровский, Иоанн Кронштадтский, Димитрий Донской и другие. Западную стену храма украсила роспись «Страшный Суд», в которую включены недавно прославленные святые, такие как блаженная старица Матрона и царственные страстотерпцы. Все работы выполнены коломенскими мастерами.

С западной стороны к храму примыкает шатровая колокольня XVII века. В 1920-е годы её колокола были уничтожены, но благодаря усилиям общины появились новые. Самый большой из них весит более 2 тонн и назван «Пименом» в честь покойного Патриарха Московского и Всея Руси. Он был отлит в Воронеже в 1990 году и стал первым крупным колоколом в городе.

Восстановление храма стало возможным благодаря трудам коломенских художников, которые полностью расписали его и подготовили к архиерейскому освящению. 9 июля 2009 года, в праздник Тихвинской иконы Божией Матери, митрополит Крутицкий и Коломенский Ювеналий совершил Великое архиерейское освящение храма.