Церковь расположена на Лиговском проспекте недалеко от Обводного канала в бывшей Московской Ямской слободе, отчего часто называлась Ямской Крестовоздвиженской. Бытовало и название Иоанно-Предтеченская церковь — по названию одного из приделов храма. В 1719 году на этом месте была построена деревянная церковь во имя Рождества Иоанна Предтечи, которая сгорела в 1730 году, и в 1749 году была выстроена новая, Крестовоздвиженская церковь из камня с приделами Рождества Иоанна Предтечи и Николая Чудотворца. Через 100 лет она была разобрана и на ее месте в 1848-1851 годах был возведен новый храм архитектором Егором Диммертом, учеником Стасова. Увенчанное пятью многогранными куполами, украшенное пилястрами здание построено в стиле барокко середины XVIII века.
Церковь располагается в глубине обширного участка, прилегающего к Лиговскому проспекту, часть которого занимало кладбище, впоследствии ликвидированное. Кроме главного престола, освященного 2 декабря 1851 года, в ней имелись приделы: северный — во имя Святителя Николая Чудотворца и южный — во имя Рождества Иоанна Предтечи, освященные соответственно 8 и 1 июня 1852 года. Позднее в церкви были устроены еще два придела: у южной стены церкви — во имя Святых Равноапостольных Константина и Елены, у северной стены — во имя Святого Сергия Радонежского. Четырехъярусная шестидесятиметровая надвратная колокольня церкви построена в 1810-1812 годах по проекту архитектора А. И. Постникова (1766-1830). Здание колокольни увенчано шпилем и декорировано колоннами и статуями. Поражает воздушность контура колокольни, пропорциональность всех ярусов, завершаемых узким шпилем. Эта одна из красивейших колоколен Петербурга — важнейшая градостроительная доминанта района. Под сводами колокольни находилась церковь Святых Кирилла и Мефодия, устроенная в 1872 году иждивением купца Шигалева. В композицию органично входят две невысокие часовни,соединенные с колокольней дугообразными крытыми галереями из спаренных колонн.
Церковь была закрыта в июле 1932 года, а в 1939-1941 годах вся внутренность церкви, лишившейся своего убранства, подверглась основательной переделке. Интерьер исказили и обезобразили межэтажные перекрытия и капитальные поперечные стены. Здесь разместились реставрационные мастерские. Ныне церковь возвращена верующим и действует в статусе собора. Храм был передан православному приходу, объединившему петербургское казачество, в Никольском приделе храма с 1991 года совершаются богослужения и одновременно проводится реконструкция интерьеров и фасадов здания. У алтарной стены Крестовоздвиженского собора в 2002 г. установлен бюст Николая II.
В Ямской слободе на Лиговом канале» находилась Крестовоздвиженская слободская церковь, освященная в 1749 году. Обветшавшая за сто лет церковь была предназначена к слому, но община и причт захотели сохранить церковь «бывшую в продолжение ста лет местом их молитвы». Решено было перестроить ее на «доброхотные даяния» прихожан, что было поручено архитектору Е.И. Диммерту. По мнению Диммерта церковь была «и прочною и построенною из отличных материалов и с довольно толстыми стенами». Это подтвердила и комиссия, назначенная по распоряжению П.А. Клейнмихеля. Было решено не разбирать постройку, а расширить ее, укрепить конструкции «бутовыми стенками и сделать в этих стенках оборотные арки», «возвысить наружные стены», соорудить пять куполов, а также «улучшить» внутреннее и наружное оформление храма. План церкви по проекту Диммерта изменялся «из продолговатого в крестообразный». В 1847-1852 г.г. церковь была перестроена. Архитектор руководствовался опытом «возобновления» старинных зданий. Он должен был существенно изменить объем и силуэт церкви и создать ее новое убранство в духе времени основания храма. Слободские церкви елизаветинского времени не блистали дворцовой роскошью, поэтому Диммерт выбрал скромный характер отделки. В описании храма, составленном в начале ХХ века, отмечалось «нынешний фасад церкви не напоминает прежнего», хотя и выдержан в характере «незатейливой архитектуры времен Анны Иоанновны».
По книге: Бурдяло А.В. Необарокко в архитектуре Петербурга (Эклектика. Модерн. Неоклассика.) – СПб: «Искусство – СПб», 2002г.
Воспринимать Крестовоздвиженский собор вне его окружения, как минимум — без великолепной колокольни с её изысканной ордерностью, выверенными пропорциями, типично «питерским» шпилем и запоминающейся колоннадой, не то чтобы не имеет смысла, но весьма непросто. Архитектору Диммерту удалось очень органично вписать позднейшую постройку в уже существующую среду, создать по-настоящему целостный ансамбль, выстроить единый образ, сыграв на контрастах. Зодчий блестяще решил головоломку. Подумать только: собор середины ХIХ века должен имитировать постройку середины ХVIII века и при этом сочетаться с колокольней конца ХVIII — начала ХIХ века. Прошла ведь целая архитектурная эпоха! Одно неверное движение — и на ансамбле неизбежно легла бы печать дурновкусия. Но Диммерт, проанализировав архитекурные приёмы середины предшествующего столетия, остановил свой выбор на элементах даже не елизаветинского, а «аннинского» барокко. Стилизация архитектору вполне удалась.
Крестообразный план церкви, в отличие от плана храма-«корабля», более соответствовал эстетике как барокко, так и вошедшего в моду в то время русско-византийского стиля; украшение стен пилястрами с замысловатыми капителями подчеркнуло стилевую преемственность по отношению ко второй четверти ХVIII века, и этот эффект был усилен выразительным пятиглавием с намёком на криволинейность куполов. На самом деле купола — простые восьмигранные, чуть вытянутые в вертикальной проекции: Диммерт визуально усложнил их силуэт при помощи фигурных люкарн (у центрального купола — четыре по сторонам света, у боковых — целых восемь, на каждую грань!) и барочных «ярусных» главок сложного профиля. Характерное для Петербурга, стилистически близкое местной архитектурной среде сомкнутое барочное пятиглавие выразительно контрастирует с 60-метровой колокольней, своим шпилем напоминающей о других петербургских градостроительных ориентирах — Петропавловском соборе и Адмиралтействе. Указанный контраст не вызывает отторжения: храм и колокольня — это, если можно так выразиться, архитектурная диалектика, единство и борьба противоположностей, объёдинённых единым эстетическим началом. И шпиль колокольни, и её скульптурное убранство — дань петербургским традициям. Наверное, благодаря этой зримой преемственности форм колокольня, выстроенная в эпоху почти тотального господства зрелого «имперского» классицизма, не вступает в противоречие с храмом. Стройная колоннада, полукружьем связывающая колокольню с двумя соборными часовнями, прекрасно вписывается в храмовый ансамбль. Если колокольня — его организущая вертикаль, то колоннада — своего рода организующая горизонталь. Восприятие собора неотделимо от восприятия всего комплекса. Его объём раскрывается от входа на территорию ансамбля — из арки в нижнем ярусе колокольни. Узость проёма заставляет храм «вступать в игру» как бы по частям. Тон задаёт изысканное оформление дверей, затем в дело вступают купола с криволинейными люкарнами, а последним аккордом звучат сложные главки, исполненные в необарочном стиле.
Завершение Крестовоздвиженского храма — это отдельное произведение искусства, удачная стилизация под петербургское барокко ХVIII века. Неизбежные стилистические упрощения если и заметны, то далеко не сразу. Благодаря удачно подобранным пропорциям, изысканной игре прямых и извилистых линий завершение храма воспринимается прекрасно организованной архитектурной феерией; пирамидально восходя к небу, ажурные купола и главы перекликаются с облаками. К сожалению, варварская перепланировка середины ХХ века полностью лишила Крестовоздвиженский храм внутреннего убранства. За красотой фасадов, величественностью внешних форм — печальная пустота. Долгая, кропотливая и дорогостоящая реставрация, надо думать, вернёт церкви былое великолепие.
Интересны были и детали интерьера церкви, на которые обращали внимание старинные источники: среди них — «Цицарские» (австрийские) стёкла в окнах куполов, дубовый паркет в алтарях и каменный «из серой плиты» в самом храме, ограждающая солею железная решётка с бронзовыми и медными деталями. Отмечалось и об организации отопления храма: семь (на середину ХIХ века, а в начале ХХ века — уже пять) «аммосовских» (пневматических) печей на собственно храм, шесть изразцовых кафельных печей — на алтари и сторожку, две (позже четыре) железные печи — на хорах; ещё одна «ребровая» — в притворе.
Церковь расписывали как минимум дважды — вскоре после постройки и в 1877-1878 годах. Известны авторы росписей — мастера Я. Казаков и Е. Бушков. Эти росписи были забелены при перестройке храма в советские годы. Крестовоздвиженский храм в плане имеет вид латинского креста: его длина — 53 метра, ширина — 35 метров. Высота храма с крестом — 41 метр, колокольни — около 60 метров. Храм, помимо главного Крестовоздвиженского, имеет четыре придела — Рождества Иоанна Предтечи; святителя Николая Чудотворца; святых равноапостольных Константина и Елены; преподобного Сергия Радонежского, а также шестого в колокольне — в честь святых равноапостольных Кирилла и Мефодия.
Из журнала «Православные Храмы. Путешествие по Святым местам». Выпуск №117, 2014 г.
В 1719 г. была освящена деревянная церковь во имя Иоанна Предтечи. В 1730 г. церковь эта сгорела, а 22 февраля 1731 г. была перенесена и освящена церковь с Охтинских заводов во имя Рождества Иоанна Предтечи с приделом во имя св. Николая чудотворца, освященным в 1733 г.
В 1749 г. 24 июня был освящен главный алтарь новой холодной каменной церкви во имя Воздвижения Креста Господня, 23 июня 1751 г. – придел во имя Рождества Иоанна Предтечи, а 25 июня того же года – во имя св. Николая чудотворца. 14 декабря 1768 г. был освящен главный алтарь теплой каменной церкви во имя Тихвинской Божией Матери с приделом во имя св. Иоанна Златоустого.
Около 1812 г. была построена каменная колокольня. В 1842-44 гг. происходила перестройка Тихвинской церкви, чтобы в ней можно было служить, пока будет разобрана и вновь перестроена холодная церковь. В 1844 г. 24 июня переделанная церковь была освящена. Главный алтарь во имя Тихвинской Божией Матери остался без изменений, придел во имя св. Иоанна Златоуста упразднен, а из холодной церкви перенесены приделы: во имя Рождества Иоанна Предтечи и во имя св. Николая чудотворца.
Между тем холодная церковь не была разобрана, а лишь перестроена. В 1851 г. 2 декабря освящен главный алтарь во имя Воздвижения Креста Господня; 1 июня 1852 г. придел во имя Рождества Иоанна Предтечи и 8 июня 1852 г. – во имя св. Николая чудотворца. В церкви Тихвинской Божией Матери возобновлен правый придел во имя Иоанна Златоустого, а левый придел посвящен св. Благоверному Князю Александру Невскому.
В настоящее время в Крестовоздвиженской церкви главный алтарь – во имя Воздвижения Честного Креста Господня, правый (рядом) придел – во имя Рождества Иоанна Предтечи, левый – во имя св. Николая чудотворца; у южной стены – придел во имя св. царей Константина и Елены, а у северной – во имя Сергия, Радонежского чудотворца.
Под сводами колокольни иждивением купца Шигалева в 1872 г. устроена церковь во имя св. Кирилла и Мефодия.
Н. А. Тихомиров «Путеводитель по церквам города Санкт-Петербурга и ближайших его окрестностей». — С.-Петербург, 1906 г.
Крестовоздвиженская церковь каменная, одноэтажная, перестроена на место прежней, существовавшей с 1749 г. Крестовоздвиженской церкви, освящена 2 декабря 1851 г. Приделов в ней четыре. Близ сей церкви, в одной с нею ограде, существует отдельно устроенная в 1768 г. другая каменная одноэтажная церковь во имя Явления иконы Божией Матери Тихвинской с двумя приделами.
В 1812 г. при сих церквах устроена отдельно каменная колокольня с двумя каменными же часовнями. В 1872 г. устроена под сводами колокольни небольшая церковь в честь равноапостольных Кирилла и Мефодия иждивением купца Шигаева.
Священно-церковно-служители жалования никакого не получают, но сверх доходов от исправления церковных треб пользуются процентами с капитала в 24 113 руб., пожертвованных разными лицами в разное время на вечное поминовение их родных. К церкви принадлежат пять каменных домов, из коих два трехэтажные, а три одноэтажные и один деревянный одноэтажный дом. В этих домах помещается церковный причт и сиротствующие семейства, а остальные помещения отдаются на наем разным лицам. Земли, принадлежащей церкви, имеется: под погостом 3610 кв. саж., под дворами причта и огородами 4004 ½ кв. саж.
Настоятель, протоиерей Владимир Григорьевич Гуляев… определен учителем Александровского духовного училища, в 1870 г… рукоположен во священника к церкви названного училища, в 1873 г. утвержден в должности смотрителя того же училища, в 1887 утвержден на должности настоятеля сей церкви; в 1890 г. возведен в сан протоиерея… Священник Михаил Петрович Кедров… в 1876 г. рукоположен во священника к сей церкви… Священник Андрей Симеонович Кононов… в 1882 г. рукоположен во священника и определен законоучителем и настоятелем церкви Архангельского епархиального женского училища, в 1887 г. определен к сей церкви… Священник Алекс. Михайлович Иванов в 1881 г… состоял чиновником Императорского человеколюбивого общества, в 1894 г. рукоположен во священника к сей церкви…
Церковный староста временный С.-Пет. 2 гильдии купец Дмитрий Михайлович Михайлов с 1893 г. Вдовствующих и сиротствующих 14.
«Краткие сведения о церквях и священно-церковнослужителях Санкт-Петербурга». — СПб.: типо-лит. Я. Кровицкого, 1895 г.