Этот каменный, ныне недействующий храм построен в 1776 году на улице Ильинской, ныне ул. Интернациональная, 12. Место, где расположена Ильинская церковь, при основании города было заселено переведенными из Симбирска и Казани и других городов казаками и солдатами из мордвы и чувашей. Из них потом вышло много фамилий Сызранских купцов, среди которых Петр Куропаткин, Семен Павлыгин и Козьма Вандышев. Именно они возымели намерение в той полосе, где был устроен монастырь, Вознесенский, построить временную деревянную церковь во имя пророка Божия Ильи с приделом Чудотворца Николая.
Не известно, в каком году это произошло, но по надписи в церковной книге «Толковое Евангелие 1698 года Феофилакта Болгарского» можно судить, что церковь деревянная в честь пророка Ильи построена в Сызрани в конце XVII века. Потомки тех же купцов в 1776 году просили Вениамина, архиепископа Казанского о позволении им устроить каменный храм во имя тех же святых – пророка Ильи и Николая Чудотворца, вместо деревянного, от давнего времени обветшавшего, Никольский придел – теплым, а Ильинский — холодным, в одной связи, но с капитальною стеною и аркою для прохода.
В 1776 году храм был готов и освящен соборным протоиереем Петром Стефановым. Все иконы в ней написаны талантливым местным иконописцем — священником о. Алексием Афиногеновым. В последствии храм, ввиду увеличения прихода, достраивался. В 1866 году построена кладовая для помещения в ней ризницы, библиотеки и архива. В 1874 году возведен новый придел. Во время пожара 1906 года храм сильно пострадал, но был быстро восстановлен усилиями прихожан.
После революции 1917 года церковь захватили обновленцы, но вскоре их община распалась и церковь была закрыта. Здание использовалось под хозяйственные нужды, с 1940 года была сдана в аренду заводу «Сызраньсельмаш». В 1993 году церковь передана верующим.
