Деревянная церковь Входа Господня в Иерусалим с приделом пророка Илии сгорела в 1743 году.

Двухэтажная каменная церковь построена примерно в 1774 - 1794 годах на средства купцов Григория и Петра Пановых. Первое богослужение упоминается в 1794 году. Нижний этаж храма отапливался, в нём проходили зимние службы. Верхний этаж храма не отапливался, в нём проходили летние службы.

В 1843 году во время городского пожара обгорела крыша, купол, одна из глав, колокольня, вход в верхнюю церковь и паперть. После пожара вход в верхнюю церковь был переделан, верх колокольни изменён с купола на шпиль.

В советское время церковь закрыли. Завершения разобраны. В здании храма размещался ликеро-водочный завод до 1985 года.

Проводились реставрационные работы в 1980-е, 1990-е, 2000-2012 годы. В 1996 году, к 300-летию российского флота, в церкви на первом этаже открылся Музей Мореходов.

В октябре 2016 года здание возвращено церкви и передано в ведение Великоустюжской епархии. Пока в Тотьме не будет найдено равноценное помещение для Музея мореходов, он продолжит свою работу в стенах храма.