К середине XVIII века Иркутск стал настолько богатым городом, что по праву оспаривал у Тобольска звание сибирской столицы. В городе даже возникла местная архитектурная школа, разрабатывавшая одно из направлений сибирского барокко. А венцом, непревзойденным шедевром сибирского барокко стала иркутская Крестовоздвиженская церковь. Городская летопись относит начало строительства здания к маю 1747 года, а клировые ведомости сообшают, что новый храм был освящен 11 сентября 1758 года.
О храмах, подобных Крестовоздвиженскому, историк русской архитектуры академик И.Э. Грабарь писал: «Виртуозность отделки храма при сравнительно скудных средствах поистине изумительна. Обтесывая и укладывая кирпич и впрямь и вкось, вытесывая колонки и балясы и устраивая хитро сплетенные карнизы, зодчие достигали поразительного эффекта, когда кирпичные узоры давали впечатление богатых тканей и хитро вытканных ковров». «Хитро вытканный ковер» представляют собой и стены Крестовоздвиженской церкви, где, по словам И. Грабаря, «наивное сочетание отголосков Москвы и Украины причудливо сплелось в густой узорчатый ковер, с своеобразным привкусом соседнего Востока».
В 1779 году с северной стороны церкви был возведен теплый, остальные были холодные, не отапливались, придел «в честь источения Святой Богородицы». В подражание основным объемам он получил ярусное завершение. Однако окончательный облик сооружения оформился в 1860 году, когда по проекту гражданского архитектора В.А. Кудельского к западной стене колокольни было «прикладено каменное глухое крыльцо» в виде довольно значительного объема, украшенного во вкусе своего времени фронтончиком, полуколоннами, большими полуциркулярными окнами.
Возведенная некогда на окраине, где брал начало Заморский тракт, Крестовоздвиженская церковь оказалась со временем в центре Иркутска, на перекрестке, от которого веером расходятся оживленные улицы. Академик И.Э. Грабарь отмечал: «В большое изумление приводит живучесть традиционного стремления «приукрасить» в отдаленной и поздней по времени Крестовской церкви в Иркутске.»
Интерес к необычной церкви исследователи проявили еще в XIX столетии. В 1887 году Императорская Археологическая комиссия включила Крестовоздвиженскую церковь в Свод памятников отечественной старины. Тогда же протоиереем Г. Можаровым была составлена метрика на церковь, как на памятник архитектуры. Особенно поражает каменное кружево, покрывающее стены Крестовоздвиженского храма.
Известный русский исскуствовед Г К. Лукомский восхищенно писал: «Плетение, как кружево, стелящееся по карнизу, вдоль столбов, между окнами, составляющее обрамление этих окон, у цоколя — покрывает всю церковь, перекрытую барочными, очень странного силуэта куполами. Лишь церкви Соликамски да Сольвычегодска могут сравняться с этим храмом по богатству фантазии и прелести выполнения узорчатых деталей».
В каменном убранстве Крестовоздвиженской церкви присутствуют монгольские мотивы — воистину, «своеобразный привкус соседнего Востока». Крестовоздвиженская церковь стала образцом для подражания. Мотивы убранства Крестовоздвиженской церкви можно встретить на стенах собора Посольского Спасо-Преображенского монастыря на Байкале, в других, более поздних по времени церквах Иркутска.
После 1917 года храм выполнял функции кафедрального собора в 1929—1936 и 1948—1991 годах. В 1936 году богослужение в храме было прекращено. Тогда же с колокольни сняли колокола, самый старый из которых был отлит в 1753 году.
