Двухэтажное здание, где находится сейчас храм, построено в 1803 году. В нем сначала размещалось народное училище, через пять лет преобразованное в Витебскую мужскую Александровскую гимназию (в ней учились А.П.Сапунов, Н.Я.Никифоровский и др.).
Во время войны 1812 года в здании гимназии располагался русский госпиталь. Интересный факт: здесь на излечении, после ранения в боях под Витебском, находился отец великого русского поэта М.Ю.Лермонтова, который был ранен в боях под Витебском. В период оккупации города французскими войсками в здании также размещался госпиталь, но уже французский.
16 мая 1873 года, в связи с переездом городской гимназии в новое здание, Полоцко-Витебская епархия выкупила здание Витебской мужской гимназии. Опись передачи здания составлена А.П.Сапуновым В нем располагался один из корпусов православной Духовной семинарии. Во время первой мировой войны здание семинарии было занято прифронтовым госпиталем.
В 1918 году Витебская Духовная семинария была закрыта.
Во время Великой Отечественной войны 1941-1945 г.г. в здании располагалась немецкая служба СД, а в подвале - тюрьма. С конца 1950-х гг. в самом здании находились бухгалтерия и техбюро одного из цехов Витебского завода заточных станков.
С 1993 года Витебская епархия начала ходатайствовать о возврате здания. В то время на его первом этаже находился городской зоопарк. Содержание в здании животных разрушало стены и уникальное покрытие - плитку XIX века, по преданию, подаренную гимназии императором Александром I. К сожалению, полному восстановлению плитка не подлежит.
В 1996 году под храм было выделено помещение, а вскоре и все здание возвратили епархии.
С 1998 года храм является правопреемником одноименного храма, находившегося в здании Витебской Духовной семинарии (ныне это станко-инструментальный техникум).
В здании размещаются также классы Витебского православного Духовного училища; библиотека им. А.П. Сапунова, церковно-археологический музей, иконная лавка, благотворительная трапезная.
