В конце XVII века старообрядцы обосновались в труднодоступных местах по рекам Висим, Шайтанка, Сулатка, Утка и других уголках будущего Нижнетагильского горного округа. Они привнесли туда свой образ жизни и строгую мораль, отвергающую леность, пьянство и праздные развлечения, что способствовало развитию торговли и предпринимательства. В те времена староверы не были забитыми и невежественными, а в сложных условиях сумели сохранить памятники русской культуры, такие как старопечатные книги и иконы. Однако они не смогли сохранить единство и создать единую церковь.

Тагильские старообрядцы, как и их собратья на Урале, стремились иметь собственного епископа. Сначала они обходились без него, благодаря беглому попу Иоанну, известному как отец Иов. После его смерти место предложили Андрею Ивановичу Рябинину, который происходил из рода московских князей Хованских. Из-за страха перед прошлым семьи, обвиненной в измене, он покинул Москву и поселился на Урале, занявшись торговлей.

Рябинин, будучи ревностным приверженцем старины, в 1745 году построил деревянную часовню, которая сгорела спустя четыре года. В 1781 году он возводит каменную часовню с келиями для женщин-послушниц. Особое почтение он оказывал Успенскому собору в Москве и украсил свою часовню иконой Успения Божией Матери. После его смерти часовня была передана раскольникам и стала оплотом Нижнетагильского Свято-Троицкого общества.

Тагильский краевед А.Ф. Кожевников утверждает, что часовню построил старообрядец Рябов, повторяя ошибку И.Я. Кривощекова, который ссылался на «Православный собеседник». Однако издание называло строителем именно Рябинина.

В первой половине XIX века часовня стала важным центром для старообрядцев, решая как духовные, так и мирские вопросы. Однако это благополучие было временным. В начале XIX века в русской православной церкви было введено единоверие, что позволило старообрядцам открыто проводить обряды. Однако большинство старообрядцев оставалось на своих позициях, считая единоверие подчиненным Святейшему Синоду.

С введением единоверия в Пермской губернии началась активная пропаганда, и в 1829 году в Перми была учреждена противораскольническая миссия. В Нижнем Тагиле усилилась борьба с раскольниками, и администрация пыталась обратить старообрядческие часовни в единоверческие, но встретила сопротивление.

В мае 1837 года Урал посетил наследник престола Александр Николаевич. Старообрядцы передали ему записку с просьбой не опечатывать часовни и позволить иметь своих священников. Однако их просьбы были отклонены.

Деятельность миссионеров усилилась, и некоторые старообрядцы приняли единоверие. В 1837 году тагильский крестьянин Федор Уткин объединил более 50 семейств и попросил найти им священника. Им стал дьякон Иоанн Пырьев, и в 1840 году Николай I разрешил передать часовню единоверцам.

В мае 1840 года началась передача часовни, но старообрядцы оказали сопротивление. В мае 1841 года губернатор Огарев прибыл в Тагил для повторной передачи часовни. После штурма часовня была передана единоверцам, и в 1842 году она была освящена как единоверческая церковь.

В начале 1930-х годов церковь была закрыта, а в 1991 году передана Екатеринбургской епархии. Началось восстановление храма, и к 1993 году были подняты первые колокола. Совместными усилиями храм начал восстанавливаться, и появился приход.