Храм был возведён в 1775 году в пригородной слободе Пески, где с 1699 года стоял деревянный храм во имя Архангела Михаила. В третьей четверти XIX века были перестроены трапезная, приделы и алтарная часть. Колокольня была построена в начале XX века. В период большевистских гонений Михайловский храм, как и многие другие, был закрыт.

В 1948 году приход возобновил свою деятельность, и с тех пор в храме продолжаются богослужения. В 2003 году, по благословению митрополита Воронежского и Борисоглебского Сергия, начались капитальный ремонт и реставрация. 24 июня 2007 года, в четвёртую неделю по Пятидесятнице, митрополит Сергий перед началом Божественной литургии провёл чин обновления храма.

Архитектура храма объединяет три стиля: барокко, которое составляет ядро здания; русский стиль, использованный в декоре фасадов трапезной, приделов и алтарной части; и классицизм, проявившийся в эклектичной стилизации колокольни. Храм имеет форму "корабля" и достигает высоты 25 метров. Трёхъярусная колокольня высотой 42 метра и один купол завершают композицию. В 1995 году церковь была признана памятником архитектуры федерального значения.

Строительство и благоустройство храма поддерживали настоятель Семилукского мужского монастыря игумен Зосима, родом из Острогожска, и московский предприниматель Василий Андреевич Летов.