Церковь на этом месте, на главной торговой площади, существовала с древнейших времён. Ранее площадь состояла из трёх — Хлебной, Сенной и Лесной. Первый деревянный храм, построенный примерно в XIV–XV вв., был освящён в честь вмч. Георгия Победоносца. В начале XVII в. здесь уже стояла церковь иконы Божией Матери «Страстная», имевшая два придела: вмч. Георгия и прп. Михаила Малеина.

В период смутного времени, как почти весь город, храм был сожжён, а когда Углич начали отстраивать, на месте церкви поставили лавки торговцев. Только в 1638 г. здесь снова был возведён храм, освящённый в честь Казанской иконы Божией Матери. Он был деревянным, с тремя шатрами и двумя приделами. Храм был пятипрестольным, кроме Казанского имел престолы вмч. Георгия, прп. Евдокии, прп. Михаила Малеина и прп. Алексия, человека Божия.

В 1644 г. церковь сгорела, но, вероятно, вскоре была отстроена. По данным писцовых книг 1674–1676 гг. это был деревянный трёхшатровый храм с двумя приделами. Таким церковь простояла больше века, пока в 1778 г. не был построен храм, сохранившийся в настоящее время.

В 1793 г. снова произошёл пожар, выгорели верхний этаж и колокольня. Церковь постепенно медленно восстановили. Колокольню пришлось разобрать. Вместо неё в 1807–1814 гг. была построена современная колокольня, выдержанная в классическом стиле.

В 1921 г. вся Торговая площадь сильно пострадала от пожара, а вместе с ней и Казанский храм — у него сгорело внутреннее убранство, обрушилась колокольня. Позже её восстановили, а храм был приписан к приходу расположенной рядом Успенской церкви, в 1930-х в годах уничтоженной советскими властями.

В связи со строительством Угличской гидроэлектростанции, в 1935 г., храм был закрыт, здание передано в ведение строителей. В советское время использовался как водонапорная башня, общежитие и склад.

В 2000 г. церковь снова была передан верующим, началось её восстановление. 4 ноября 2000 г. в храме возобновились богослужения.