Рост производства и, естественно, числа рабочих заставил правление Сормовского завода с клиром уже существующей там Александро-Невской Церкви (1882-1887) обратиться к Нижегородскому епископу Владимиру с просьбой о строительстве нового, более просторного храма. 29 марта 1898 года решение было принято, к разработке проекта привлекли инженера П.П.Малиновского.

Церковь проектировалась в неовизантийском стиле по типу Богородицкой в Санкт-Петербурге, планы-фасады которой были опубликованы в "Зодчем" в 1888 году. К лету 1900 года был не только создан проект, но и заготовлены материалы. 14 июля Малиновский дал подписку о личном надзоре за строительством, а 8 сентября 1900 года состоялась закладка фундаментов храма (22х14 саженей). Мощный центральный купол возносился на высоту 43 метра. По сторонам его постамент поддерживали полукупола, передававшие давление верха на усиленные кладкой угловые части. Пониженная колокольня лишь подчеркивала центричность композиции.

Первоначально церковь предполагалось строить одноэтажной на сводчатом подцерковье, предназначавшемся для размещения центрального отопления и служебных помещений. Но летом 1902 года возникла мысль устроить там еще три престола. Малиновский разработал новый проект их расположения. Летом 1903 года отделка храма была завершена, установлен редкий по композиции шестиярусный резной иконостас, увенчанный восьмиконечным крестом. К царским вратам из моленного зала поднимались 7 мраморных ступеней солеи.

1 октября 1903 года был освящен главный Спасский престол, 9 октября - расположенная внизу Ильинская церковь.