Первая церковь во имя чудотворной иконы Тихвинской Божьей Матери была построена в Забулачье уже во второй половине XVII века. В конце XVIII века построена ныне существующая каменная церковь. К середине XIX века храм оказался внутри Татарской слободы и его приход был невелик. Известность и процветание к храму пришли после прославления храмовой иконы Тихвинской Божией Матери.
В 1859 году, во время пожара в Старо-Татарской слободе над храмом было видение образа Богоматери, и пожар прекратился. Это событие произвело огромное впечатление на жителей Казани. Икона стала одной из главных святынь города. Сейчас эта икона в Никольском кафедральном соборе.

Средства, полученные от богомольцев, позволили в 1898-1900 гг. провести расширение и реконструкцию храма, в результате чего его архитектурный облик приобрел формы и декор, характерные для конца XIX века.

Храм был возвращен Казанской епархии в 1997 году и передан общине кряшен (которых до революции называли старокрещенными татарами). В настоящее время Тихвинская церковь является центром всех кряшенских приходов Татарстана. При храме действует воскресная школа, народный хор, проводится серьезная работа по переводу на кряшенское наречие тех книг Священного писания, которые не были переведены до революции. Кряшенская переводческая группа в своей работе следует системе Н.И. Ильминского. Переводческий проект осуществляется совместно Петербургским отделением Российского Библейского Общества. Богослужение в храме ведется в основном на кряшенском наречии.