Поблизости от церкви митрополита Петра и Владимирского кафедрального собора, на Проездной улице, находится здание, в котором, несмотря на перестройки, угадывается церковь. Эту двухэтажную постройку из красного кирпича с местом для иконы на фронтоне, с богатым декором в псевдорусском стиле, с несколькими фризами, пышно украшенным крыльцом и одной широкой граненой апсидой трудно назвать утраченной, поскольку большая часть её все-таки сохранилась.

В материалах Государственного архива Владимирской области имеются сведения по истории строительства комплекса зданий присутственных мест с тюрьмой в городе Переславле-Залесском Владимирской губернии.

11 февраля 1839 года Главное управления путей сообщения и публичных зданий постановило выстроить в Переславле-Залесском комплекс каменных зданий присутственных мест и тюремного замка. К 1 ноября 1840 года постройка здания присутственных мест, двух флигелей, тюремного замка и ограды была окончена. 14 октября 1841 года комплекс был сдан переславскому городничему по описи.

Комплекс присутственных мест, включающих главное здание, тюрьму и два служебных флигеля, построен по образцовым планам и фасадам, утверждённым 22 июля 1822 года. Сооружение производилось в 1839–1841 годах подрядчиком купцом Владимирской I гильдии Петром Петровичем Ильиным. В новые здания присутственные места были приведены 28 января 1842 года. Во второй половине XIX века к тюремному зданию был пристроен южный корпус, а в 1900 году сооружена тюремная церковь во имя преподобного Сергия Радонежского.

22 июля 1900 г., в день тезоименитства Государыни императрицы Марии Федоровны в г. Переславле-Залесском совершена закладка церкви при местном тюремном замке и освящено здание Переславского детского приюта. Директор тюремного отделения, потомственный почетный гражданин Сергей Петрович Павлов отозвался на это благое дело и принял на свои средства устройство церкви, закладка коей ныне совершена. Храм будет посвящен Преподобному Сергию Радонежскому. Церковное торжество закладки храма и освящение дома для приюта совершил Соборный протоиерей о. А. А. Дилигенский в сослужении со священником, Законоучителем детского приюта о. А. Ф. Смельчаковым и соборным священником О. В. Виноградовым, — Владимирские Губернские ведомости, №34, 25 августа 1900 года.

В первые годы XX века с южной стороны от тюрьмы была построена церковь из красного кирпича, которая соединялась переходом с тюремным коридором. Окончание строительства церкви преподобного Сергия Радонежского — 1906 год, по другим данным 1911 год. В церкви был установлен иконостас с украшениями, выполненными в стиле модерн. Закрыта не позже начала 1920-х годов.

В советское время храм был закрыт, уничтожены главка над ним и другая над алтарём. Здание было приспособлено под отделение Сбербанка.

12 июня 2010 года здание церкви безвозмездно передано Ярославской епархии по решению городской думы Переславля и согласно постановлению мэра города. Соответствующие документы были вручены архиепископу Ярославскому и Ростовскому Кириллу (Наконечному) в ходе торжеств, посвящённых празднованию Дню России и памяти святого благоверного князя Александра Невского, родившегося в Переславле.

Сегодня, силами настоятеля священника Сергия Дмитриева, а также других неравнодушных христиан, храм восстанавливается и приведён в состояние, пригодное для совершения богослужений.