Постр. в 1892-95 (арх. Г.А.Кайзер) в Петровском парке, при детских приютах Вел. кн. Елизаветы Федоровны (осн. в 1893) и принца Ольденбургского (осн. в 1880) на средства купца и мецената М.С.Грачева. Главный престол — сет. Митрофана, епископа Воронежского (небесный покровитель М.С.Грачева).

В древнерусском стиле. Был постр. пятиглавым, с завершавшими главы зеркальными, в металлической оправе, крестами. С зап. стороны — колокольня.

Закрыт в 1935. Пятиглавие и колокольня (до первого яруса) сломаны. К абсиде алтаря сделана пристройка. Был занят заводом, автошколой, детской спортивной школой. Храмовая икона свт. Митрофана перенесена в храм иконы Божией Матери «Нечаянная Радость» в Марьиной Роще.

Богослужения возобновлены 10.III.1990. Возрожден в значительной степени благодаря усилиям о. Димитрия Смирнова.
В 1990-93 воссозданы колокольня, купол и внутреннее убранство (проект проф. С.Я. Кузнецова), мозаика в алтаре (А.Д.Корноухов), деревянный резной иконостас (Д.М.Шаховской), роспись, в т. ч. создан первый в России образ св. новомученика царевича Алексия (Я.Н.Добрынин). 5.XII. 1995 осв. Святейшим Патриархом Алексием II.

Святыня — особо чтимая икона свт. Митрофана Воронежского.
При храме — служба оглашения и катехизации, воскресная и образовательная («Свет») школы, сестричество преподобно-мученицы Вел. кн. Елисаветы Феодоровны с издательским отделом, медико-просветительский центр «Жизнь», детский дом «Павлин».
Приписаны домовые храмы преподобномученицы Вел. кн. Елисаветы Феодоровны (в доме причта) и мученика Вонифатия при областной психиатрической больнице.