Храм находится на кладбище, окружённом живописным сосновым бором, который является частью лесопарка, простирающегося на юго-западе города.

Инициатором строительства часовни в память об освобождении от крепостной зависимости был церковный староста И. Я. Ельшин. Он также организовал сбор средств и строительство. По предложению управляющего В. С. Пятова было решено возвести не часовню, а церковь «над прахом предков». Решение о закладке храма было принято на общем заводском собрании 10 февраля 1864 года, и тогда же городское общество пожертвовало около 150 тысяч кирпичей и 700 рублей. Освящение состоялось 31 октября 1868 года, и кладбищенская Всехсвятская церковь была приписана к Троицкой заводской.

Анализ планировки и облика памятника показывает, что изначально это была центрическая крестообразная часовня с небольшим алтарём на востоке. Было три проёма, два из которых позже заложили. Колокольню пристроили в 1887 году по инициативе А. А. Зигеля, на что было потрачено 1205 рублей. Завершение благоустройства кладбища произошло в 1894 году, когда его обнесли оградой на кирпичном цоколе с деревянным заполнением. Архитектурная композиция памятника отличается своеобразием. Грубоватые пропорции, широкие арки колокольни и крупные главы наводят на мысль о непрофессиональном проекте или его переработке в ходе строительства. Декор фасадов включает мелкий руст и пилястры нижнего яруса колокольни, антаблемент, ленту неглубоких продолговатых ширинок, опоясывающую барабан. Особенно выделяется бегунец, украшающий верхний ярус колокольни на уровне карниза. Центральное пространство интерьера перекрыто куполом с кольцом светового барабана. Ветви креста и притвор имеют цилиндрические своды. Размеры здания: длина 19,2 м, ширина 12,8 м, высота колокольни с крестом около 15 м.

Во времена Советской власти храм был закрыт. Богослужения возобновились в 1993 году по благословению митрополита Хрисанфа Вятского и Слободского.