Знаменский храм находится в привокзальной части города, рядом с железной дорогой. Здание церкви выполнено из кирпича, его стены оштукатурены и окрашены в два цвета, а декоративные элементы выделены побелкой. Участок вокруг храма огорожен.

Церковь Знамения Пресвятой Богородицы начала свою деятельность в 1869 году в Станичной слободе, которая тогда была пригородом Борисоглебска, входящего в Тамбовский уезд. Храм был построен казаками на средства прихожан. В церкви освящены три придела: центральный, в честь Знамения Пресвятой Богородицы, южный, в честь Усекновения главы Иоанна Предтечи, и северный, в честь Казанской иконы Божией Матери. Иконостас был подарен храму более ста лет назад Императором Николаем II и является дипломной работой выпускников Императорской академии. Все иконы были написаны в Санкт-Петербурге в стиле афонского письма, а киоты вырезаны и покрыты позолотой. Использовались масляные краски, а доски для образов и киотов были липовыми. При храме действовали церковно-приходская школа и попечительство.

Весной 1941 года планировалось закрытие Знаменского храма, который на тот момент оставался единственным действующим в Борисоглебске и районе. Документы для этого были подготовлены и отправлены в Воронеж на утверждение, но из-за начала Великой Отечественной войны решение не было принято, и службы в храме продолжились.

Сегодня Знаменский храм является второй кафедрой Митрополита Воронежского и Борисоглебского Сергия. После Пасхи на Светлой Седмице и на второй день Рождества Христова правящий Архиерей проводит богослужения в Знаменском соборе Борисоглебска.

В храме хранится святыня, Икона Пречистой Девы Марии Богородицы, известная как "Отрада и Утешение". Она была написана в 1902 году на святой горе Афон в Ватопедском монастыре и в том же году привезена паломниками в Таволжанский Казанский монастырь в Новохоперском уезде Воронежской губернии, где находилась до 1937 года. После разрушения монастыря святыня была сохранена игуменией Аполлинарией в селе Средний Карачан. В 1945 году икона была передана в Знаменский храм Борисоглебска, где находится и по сей день.