Постройка храма относится к 1699 году. Первоначально храм был деревянным, освящен был во имя святого великомученика Димитрия Солунского. В 1738 году за ветхостью храм был разобран и на его месте был выстроен новый, двухэтажный, престолы в котором были освящены в честь Казанской иконы иконы Божией Матери (в верхнем этаже) и святого великомученика Димитрия (в нижнем этаже). С 1865 по 1871 годы было выстроено нынешнее каменное храмовое здание. Деньги на постройку каменного храма собирали купцы Новичков, Швецов и Тихомиров. Деятельное участие в сборе денег и постройке храма принимал бывший клирик этого храма священник А. Н. Магнусов. Он обратился за содействием к известному в Петровске купцу О. А. Тургеневу, который отличался религиозностью и был известен как благотворитель. О. А. Тургенев внес более половины из двадцати тысяч рублей, в которые обошлось строительство пятиглавого каменного храмового здания. При храме была устроена каменная колокольня, иконостас был целиком вызолочен, некоторые иконы были также в позолоченых окладах. Храм был устроен как двухпрестольный, главный престол в честь Казанской иконы иконы Божией Матери, в приделе - в честь пророка Божия Илии.

На 1912 год в штате храма были два священника, диакон и два псаломщика, дома и квартиры для причта церковные. В приходе были три церковно-приходские школы: одна в самом Петровске, две другие - в приписных к приходу хуторах Зотово и Сорокино. В годы Советской власти: В 1920-е годы храм был закрыт, но не разрушен. 9 июля 1944 года храм был вновь освящен и открыт для совершения богослужений. Более не закрывался.

Приписаны:
часовня в честь преподобного Серафима Саровского при Петровской центральной районной больнице;
храм-часовня в честь Преображения Господня на кладбище г. Петровска;
часовня на старом кладбище г. Петровска.

Престольные праздники:
Казанской иконы Божией Матери - Июль 21 [по н.с.] (Явление иконы Пресвятой Богородицы во граде Казани), Ноябрь 4 [по н.с.] (избавление Москвы и всей России от нашествия поляков в 1612 году)

22 октября/4 ноября Празднование Казанской иконе Божией Матери
20 июля/2 августа пророка Божия Илии
Святыни:Ковчег с мощами Угодников Божиих:
1. Свт. Иннокентия, митрополита Московского, просветителя Сибири и Америки
2. Свт. Митрофана, епископа Воронежского
3. Свт. Филарета, митрополита Московского
4. Свт. Иннокентия, епископа Саратовского и Пензенского
5. Прп. Антония Радонежского
6. Св. прав. Иоанна Оленевского
7. Сщмч. Константина Богородского
8. Блгвв. кнн. Давида и Константина, Ярославских чудотворцев.

Ковчег с мощами угодников Божиих:
1. Блгв. кн. Александра Невского
2. Праведного Алексия, человека Божия
3. Прп. Амвросия Оптинского
4. Прп. Моисея Уфимского
5. Свт. Игнатия Брянчанинова, епископа Кавказского
6. Свт. Питирима, епископа Тамбовского
7. Свт. Феофана Затворника Вышенского
8. Свт. Димитрия, митрополита Ростовского

Иконы со Святыми мощами угодников Божиих:
Святого праведного Иоанна Оленевского
Святителя Гурия, архиепископа Казанского

Службы, действующие при храме: воскресная школа, состоящая из трех групп: младшей, старшей и взрослой. Преподаются: Закон Божий, священное писание Нового Завета, церковное пение, катехизис. При воскресной школе работают два музыкальных кружка: «Духовные посевы», «Колокольчики». При храме действует библиотека. Церковно-социальная деятельность: приход осуществляет сотрудничество с управлением образования Петровского района, средними школами № 2, 4 г. Петровска и средней школой п. Пригородный. В средней школе № 2 г. Петровска проводятся уроки по предмету «Основы православной культуры», духовенством ведутся беседы с учащимися по предотвращению асоциальных явлений. Приход сотрудничает с Петровской межрайпрокуратурой, Петровским ОВД и Петровским военным комиссариатом.

Проезд до храма: рейсовый междугородний автобус Саратов-Пенза, Саратов-Лопатино (до г. Петровска); маршрутное такси, рейсовый междугородний автобус Саратов-Петровск. Расстояние от г. Саратова до г. Петровска 95 км.