Храм стоит на угловом участке, между ул. Фридриха Энгельса (бывш. Соковской), к которой обращена восточным фасадом, и Крутицкой; сооружена из кирпича и оштукатурена. У здания сложная история, состоящая из трех этапов. Наиболее ранняя его часть — прямоугольный двухэтажный корпус набойной мануфактуры, основанной в кон. 18 в. О.С. Соковым, бывшим крепостным Шереметева. После смерти О.С. Сокова в 1801 г. мануфактура перешла к его брату, А.С. Сокову, продавшему ее затем М.И. Ямановскому.

В 1810 г. по проекту архит. Я. Маричелли здание было перестроено в молельный дом старообрядцев (надстроен основной объем храма, пристроена апсида, сделана внутренняя перепланировка). В комплекс входили также каменный двухэтажный дом священника, три деревянных жилых дома, звонница и деревянная ограда с каменными воротами. В 1907 г. молельный дом преобразован в Казанскую церковь, в связи с чем по проекту архит. П.Г. Бегена основной объем был увенчан пятиглавием, возведены главки над алтарем, трапезной и западным крыльцом. В 1910 г. архит. А.Ф. Снуриловым была построена каменная ограда с оригинальными трехарочными воротами и новой звонницей в русском стиле. Все сооружения комплекса разобраны в 1930-е гг., тогда же был сильно искажен храм: утрачены главы, крыльцо, частично растесаны окна; в храме и трапезной возведены плоские перекрытия, поставлены новые кирпичные стены и перегородки. В кон. 1980-х — нач. 1990-х гг. первоначальные формы храма были восстановлены. Оригинальный пример церкви, перестроенной из производственного корпуса, в архитектуре которой формы раннего классицизма дополнены элементами русского стиля.