Трёхпрестольный храм построен в конце 19 века в память чудесного спасения цесаревича Николая Александровича (будущий царь Николай II). 29 апреля 1891 года во время проезда наследника-цесаревича через город Оцу в Японии он был ранен в голову саблей японского фанатика. В первую годовщину покушения на цесаревича по благословению митрополита Исидора (Никольского) состоялась закладка храма. Проект храма выполнили гражданский инженер (впоследствии директор института гражданских инженеров) Василий Антонович Косяков и инженер Б. К. Правдзик.
За образец будущего храма была принята церковь, возводившаяся в то время в Борках (по проекту Роберта Робертовича Марфельда).
Спасение Императора Александра III с семьей 17 октября 1888 года при крушении поезда в Борках под Харьковом вызвало в стране строительство множества храмов, посвященных этому событию. Решили выстроить храм в память этого и таможенники, биржевые артельщики и портовые чиновники, населявшие Гутуевский остров и устье Невы, куда после открытия Морского канала перенесли торговый порт. Поэтому изначально существующий храм должен был иметь иное посвящение, но в это время, 29 апреля 1891, Цесаревич Николай Александрович (будущий император Николай II) счастливо спасся при покушении на него японца-фанатика в городе Отсу, и храм поэтому было решено заложить в память об этом событии в первую годовщину покушения.
Освящение главного престола храма состоялось 29 апреля 1899 года. Чин освящения совершил митрополит Петербургский Антоний, в сослужении трёх архимандритов, знаменитого настоятеля Кронштадтского Андреевского собора, протоиерея Иоанна Ильича Сергиева, благочинного протоиерея Н. Н. Головина и местных священников Е. Я. Балановича и П. А. Лебединского.
В мае 1899 был освящен левый придел в честь святителя Николая Чудотворца, а 18 июля 1899 года освящен правый придел в честь преподобного Иоанна Спостника.
При храме были открыты церковно-приходское попечительство, бесплатная библиотека, приходской хор любителей церковного пения.
Величественный храм стал великолепным украшением панорамы Обводного канала и реки Екатерингофки. Золотую луковицу можно видеть даже от Варшавского вокзала.
Церковь отличалась богатым внутренним убранством, алтарная часть отделялась одноярусным иконостасом с бронзовыми царскими вратами, иконостас был выполнен из фаянса «под слоновую кость» на знаменитой фабрике М. С. Кузнецова и отмечен наградой на Всемирной выставке в Париже в 1900 году.
Все стены, своды и купол храма были расписаны. Запрестольный образ тайной вечери, написанный во всю алтарную стену, виден был с любого места в храме. Выше, над тайной вечерей, помещался образ «Крещение Господне»; изображённые на нём берега Иордана и окружающий пейзаж были выполнены А. С. Сланцевым с натуры, для чего он специально ездил в Палестину. В главном куполе барабана на высоте более 30 метров написан образ Спасителя. В нижней части барабана помещался аркатурно-колончатый пояс, интерколюмнии которого были заполнены 32 иконами — праотцы, пророки и апостолы. Настенная живопись храма была выполнена А. С. Сланцевым, орнаментальная роспись — К. Н. Бутаковым, иконы в киотах и барабане написаны А. М. Постниковым.
Для освещения здания была разработана уникальная система электрического оборудования на 450 лампочек. Интерьер храма освещали три бронзовых золочёных паникадила высокохудожественной работы.
Здание имело уникальное отопление, спроектированное Б. К. Правдзиком.
В мае 1935 года церковь была закрыта. Полностью были утрачены шатры и главки, внутреннее убранство и иконостас, большинство архитектурного декора, в том числе и майоликовые иконы и узоры купола. Впоследствии в церкви находились овощебаза, склады, мыловаренный завод и морг, она была обнесена бетонной оградой.
Историческая кованая ограда в 1936 году была перенесена к новой школе на углу Болдырева пер. и 2-й Турбинной ул. (современный адрес — Промышленная ул., 18, примерно в 2006 году ограда была сдана в металлолом).
Во время Великой Отечественной войны в храме произошёл пожар, в ходе которого здание сильно пострадало.
В 1991 году храм в аварийном состоянии был возвращён церкви. В Богоявление, 19 января 1992 года, в храме состоялось первое богослужение. В том же году начались восстановительные работы. Работы по фасадам на данное время завершены, но узоры на куполе не воссозданы.
4 мая 1995 года на купол был поднят крест.
В 2005 году была демонтирована бетонная ограда. Примерно в 2010–2011 годах храм обнесен новой оградой, которая повторяет утраченную историческую ограду.
В сентябре 2012 года освящен заново созданный керамический иконостас.
В церкви проводятся регулярные службы.
Трёхглавый храм рассчитан на 1400 человек, его стены выполнены из красного кирпича и не оштукатурены. Фасады украшены орнаментальными узорами с изразцовыми и майоликовыми вставками, вход обрамлён арочным порталом. Над входом возвышается сужающаяся к верху двухъярусная шатровая колокольня с стрельчатыми арками звонниц, увенчанная золочёной луковичной главкой с крестом.
Центральный купол большого размера имеет луковичную форму и поставлен на высокий барабан, окружённый поясом окон и кокошников. Изначально купол украшали рельефные узоры. Две малые главы — шатровые.