В этом храме хранилась одна из самых чтимых святынь Санкт-Петербурга – исполненный на кипарисе список чудотворной иконы Божией Матери всех скорбящих Радости, находившейся в Москве, в Преображенской церкви на Ордынке. Его привезла в 1711 году царевна Наталья Алексеевна, сестра Петра I, украсив образ богато расшитым убрусом.

Икона стояла справа от алтаря, в особом углублении, и в середине XIX века получила богатейшую золотую ризу, в которую были вставлены драгоценные камни, в том числе два великолепных сапфира. Риза сделана в мастерской Ф.А. Верховцева по рисунку академика Ф.Г. Солнцева и стоила 60 тыс. руб.

Со всей столицы к иконе притекали богомольцы, для молебнов ее носили по домам. Чтили ее и царские особы: перед прививкой оспы к ней в 1768 году пешком из дворца ходила Екатерина II; часто для молитвы приезжала Императрица Мария Феодоровна, вдова Павла I, с детьми.

Вначале образ стоял в домовой Воскресенской церкви, которую царевна устроила в 1711 году в своем дворце близ Литейного двора в память об избавлении брата от плена во время Прутского похода. После смерти Натальи Алексеевны церковь вместе с двором перешла к гоф-интендантской конторе, и в 1795-1796 гг. архитектор Г.П. Пильников украсил и переделал ее, пристроив также колокольню.

Когда был задуман новый храм, старый снесли, и 20 июня 1817 года митрополит Амвросий (Подобедов) заложил на том же месте по проекту придворного зодчего Л. Руска здание, за постройкой которого наблюдал его помощник Л. Шарлемань. Оно стало последней работой Руска перед его возвращением из России, где он проработал 35 лет, в Швейцарию.

Получив новое название, церковь была освящена 24 октября 1818 года митрополитом Михаилом. Она выдержана в стиле ампир и внутри представляет собой ротонду, оформленную 24 ионическими колоннами из белого искусственного мрамора, несущими легкий купол. Иконостас (переделанный в 1868 году) вырезал охтинский резчик Я.А. Дунаев; образа начал писать С.С. Курляндцев, а закончил академик В.К. Шебуев. Из прежней церкви были взяты 11 икон, в том числе Тихвинская и Феодоровская Божия Матерь.

В 1841 году в церкви пробили верхние окна; в 1869 снаружи, на алтарной стене, повесили в чугунной раме большой образ Скорбящей кисти академика И.А. Тюрина, еред которым горела неугасимая лампада. Когда в 1911 году отмечалось 200-летие перенесения иконы, в храме был проведен реставрационный ремонт.

Кроме старинных икон XVIII века, в нем хранилась дарохранительница, сделанная из 13 кг серебра и подаренная в 1760 году Императрицей Елизаветой Петровной. Она представляла собой небольшой храм и была украшена литыми рельефами.

Почти полвека (1860-1909) прослужил в церкви протоиерей Николай Георгиевич Георгиевский; последним настоятелем был прот. Сергей Александрович Соллертинский.

Церковь была закрыта 10 января 1932 года (решение президиума Ленсовета от 29.XII.1931), с фасада убраны фигуры ангелов с крестом, а чтимый образ и имущество переданы в Троицкую церковь. В здании, охраняемом государством, долгое время размещалось городское отделение Всероссийского общества охраны памятников истории и культуры. 4 апреля 1993 года в церкви начались богослужения.