Храм возведен на месте деревянной церкви на средства династии владельцев заводов Яковлевых. Строительство длилось с 1824 по 1826 год. В 1912 году храм получил статус собора. Двадцать лет спустя его закрыли. В советское время здесь располагался цех готовой продукции — ракет и снарядов. Возрождение собора началось в 2000 году и приурочено к 300-летию Невьянска. Церковь освятили в 2003 году. Это образец русского классицизма, памятник архитектуры регионального значения. Внутри установлены пять фаянсовых иконостасов ручной работы мастеров Сысертского фарфорового завода. Внешний облик деталей в барочном стиле восстановлен по архивным фотографиям интерьеров. Строение стало архитектурной доминантой исторического центра, наряду с Невьянской наклонной башней, расположенной в десятках метров от него.