Храм строился с 1857 по 1870 годы. Пирамидальная церковь построена на Братском кладбище (Северная сторона). Выбрав форму египетской пирамиды, автор стремился передать идею вечности. Пирамиду венчает массивный 16-тонный крест. Внешне, на стенах церкви, размещенные 56 диоритовых досок, с наименованием частей, которые отстаивали Севастополь в первую оборону, с обозначением их численного состава, количества павших в боях. В стены с внутренней стороны вмонтированы 38 досок из чёрного мрамора с именами 943 офицеров, генералов и адмиралов, погибших в дни обороны Севастополя 1854—1855 гг. В церковь вели бронзовые литые двери утонченной работы Адольфа Морана.
Изнутри церковь была расписана в византийском стиле. Стены её украшала прекрасная фресковая живопись, выполненная художниками-академиками А. Е. Корнеевим и А. Д. Литовченко. Однако от влажности фрески быстро портились, и вскоре их заменили мозаикой, которая точно копировала прежнюю живопись. Мозаику сделали в Венеции, в мастерской итальянского художника Сельвиати, по эскизам художника М. Н. Протопопова. В годы Второй обороны (1942—1944) храм сильно пострадал: верхушка здания была снесена, огромный крест рухнул на землю, часть его откололась. В настоящее время церковь-памятник реставрируется и действует.
