Спочатку на місці нинішнього храму стояла невелика каплиця, споруджена в 1847 з ініціативи Харківського архієпископа Інокентія. Але віруючих було досить багато і вони не могли поміститися в маленькій капличці, тому 24 червня 1892 року було закладено камінь на будівництво нової великої церкви. Проект підготував архітектор В.Х. Немкін. Гроші на будівництво збиралися усіма небайдужими жителями міста. Активними стараннями священика Максима Пономарьова готовий Свято-Озерянський храм був освячений через дев’ять років, 23 вересня 1901 року. Тоді ж навколо було зведено кам’яний паркан з металевими гратами. Через деякий час храм був знову перебудований за проектом архітектора Покровського. На території спорудили церковно-приходську школу, в якій навчалося 89 дітей. Храм практично весь час залишався чинним, тільки невеликий період з 1938 по 1942 рік був тимчасово закритим. З 1943 по 1945 рік, незважаючи на війну один з небагатьох храмів, який повністю відремонтували. Наступний ремонт трапився вже після 1991 року. У наш час церква є однією з архітектурних перлин Харкова і вражає своєю красою і помпезністю.