Храм выстроен по плану Губернского архитектора Ясныгина, а колокольня по плану Губернского архитектора Соколова. Строительство храма на месте прежнего обветшавшего было начато в 1798 г. и окончено в 1804 г. В 1818 г. началось возведение новой колокольни, строительство которой было завершено в 1833 г. В 1851 г. была сооружена западная паперть, поставлена каменная ограда с железными решетками.

Храм построен ротондой, увенчанной круглым византийским куполом, над которым возвышается глава на сквозном трибуне. Боковые входы в храм украшены портиками с колоннами дорического ордера. Такой же портик имеется над главным окном алтарной апсиды. Трапезная часть храма с обеих сторон окружена колоннадами из четырех раздельных колонн с парапетами, в центре которых вделаны полукруглые ниши.

Трехъярусная колокольня присоединена к храму. Первый ярус четырехугольный, с портиками с каждой стороны; колонны смешанного ордера — ионического, в капителях переходящего в коринфский. Второй ярус круглый, по краям сквозных арок параллельно нижним поставлены ионические колонны. Третий ярус такой же, как второй. Высота колокольни вместе с крестом составляет 87 м. Главный престол храма освящен в честь святых Жен Мироносиц, приделы — во имя Казанской иконы Божией Матери (1800 г.) и во имя Сретения Господня (1809 г.). 

Храм был закрыт в 1930 г. и далее использовался под складские помещения. С 1960 г. Мироносицкий храм является памятником архитектуры и градостроительства республиканского значения. В 1990 г. храм был передан Церкви.