Построен в 1649—53 в царской вотчине — селе Коломенском при царе Алексее Михайловиче в честь 100-летия взятия Казани. Главный престол — Казанской иконы Божией Матери. Приделы — великомученика Димитрия Солунского (юж.), святителя равноапостольного Аверкия Иерапольского (сев.). Храм был соединен переходом с деревянным царским дворцом, который за ветхостью разобран в XIX веке. Роспись стен — XIX в. В русско-византийском стиле. Два кубических яруса на высоком подклете завершены пятью главами, с галереей-гульбищем и шатровой колокольней.

В 1941—42 закрыт. Сохранились колокола. В подклете храма — крестильня.

Святыни: особо чтимая икона Казанской Божией Матери (XVII в.). За правым клиросом — чудотворная «Державная» икона Божией Матери, восседающей на царском троне с короной, в руках — скипетр и держава, на коленях — благословляющий Богомладенец. Обретена в подвале храма Вознесения 2(15).III.1917, в день, когда император Николай II отрекся от престола, 27.VII. 1990 возвращена из запасников Исторического музея. У юж. и сев. врат алтаря: иконы преподобного Алексия, человека Божия и мученицы Наталии, на левом клиросе — преподобных Сергия Радонежского и Варлаама Хутынского.

В сев. приделе — резная скульптура «Христос в темнице».

При храме — воскресная школа, библиотека, баптистерий для крещения взрослых. Приписан домовый храм великомученика Пантелеймона при Онкологическом научном центре.