Древнейшее, деревянное здание Казанской церкви возникло еще при основании Богородицка. К сожалению, исторических сведений о нем крайне мало. Известно, что церковь действовала с 1664 года, с самого начала была соборной (главной) и находилась несколько в стороне от нынешнего здания храма, на территории существовавшего в те времена укрепления — «земляного города».
В русской культовой архитектуре Казанская церковь Богородицкой усадьбы считается одним из интереснейших образцов раннего классицизма.

Как важный подготовительный этап к работе над проектом Александро-Невской Лавры расценивается она и в творчестве И.Е.Старова. Обработка западного фасада церкви — угловой его части — трёхчетвертными колоннами, а центральной портиком из четырёх колонн, несущих фронтон, — была построена Старовым в первоначальном варианте Таврического дворца.

Начало строительства — 1774 год. Храм строился в течение девяти лет по проекту И. Е. Старова, тогда ещё молодого выпускника Российской академии художеств, впоследствии известного русского архитектора
Ввод здания в эксплуатацию был постепенным: сначала в 1778 были освящены два придела (Петропавловский и св. Николая Чудотворца), позже в 1783 г. вступил в строй сам соборный храм. Над его настенной росписью трудился художник Иван Некрасов, а к некоторым образам приложил свою руку и сам управляющий Богородицкой волостью А.Т. Болотов, оформлявший интерьер храма «по собственному вкусу».