Храм-Памятник на Крови возведен на месте мученической кончины Императора Николая II, его Августейшей Семьи, их верных спутников и друзей. Промыслом Божиим местом мученического подвига Царской Семьи стало место, давно намоленное нашими предками.
В 1760-е годы здесь была выстроена деревянная церковь в честь Вознесения Господня. В 1789 году благочестивые прихожане храма пожелали построить новую каменную двухэтажную церковь на вершине холма, где раньше находился командирский дом Василия Никитича Татищева. В 1792 году каменная церковь в честь Вознесения Господня была заложена, а в 1818 году состоялось ее освящение. Деревянную церковь перенесли в Нижне-Исетск.
На месте Старо-Вознесенской церкви был построен жилой деревянный дом, в 1870-х годах – каменный двухэтажный особняк, а на месте алтаря была возведена часовня в честь пророка Божьего Илии. Убийство Императора, его семьи и слуг было совершено в подвале южного крыла этого дома, на месте, где раньше стоял храм в честь Вознесения Господня. В 1908 году этот дом № 49/9, расположенный на углу Вознесенского проспекта и Вознесенского переулка, купил военный инженер-строитель Н. Н. Ипатьев. 27 апреля 1918 года Н. Н. Ипатьеву предложили освободить дом в 48 часов ввиду жилищной проблемы в городе. Дом обнесли двойным забором, по высоте превосходившим окна второго этажа, с единственной калиткой, перед которой постоянно дежурил часовой. Между двойным забором находились два поста охраны, снаружи – восемь. На чердаках соседних зданий установили пулеметы. Так дом приготовили к приезду Царской семьи.
30 апреля 1918 года в Екатеринбург в Дом особого назначения привезли под конвоем Императора Николая II, Императрицу Александру Феодоровну и Великую Княжну Марию Николаевну. 23 мая 1918 года из Тобольска прибыли Великие Княжны Ольга, Татьяна, Анастасия и Наследник Цесаревич Алексей. 14 июля 1918 года священник Екатерининского собора протоиерей Иоанн Сторожев и диакон Василий Буймиров отслужили последнюю обедницу.
В ночь на 4 июля 1918 года в подвальной комнате Ипатьевского дома произошло страшное злодеяние, перевернувшее ход мировой истории. Были замучены и убиты Помазанник Божий – Император Николай II, Государыня Императрица Александра Феодоровна, Наследник Цесаревич Алексей, Царевны Ольга, Татьяна, Мария, Анастасия и верные царские спутники и друзья: доктор Евгений Сергеевич Боткин, комнатная девушка Анна Степановна Демидова, лакей Алексей Егорович Трупп и повар Иван Михайлович Харитонов.
В 1919 году дом Ипатьева был муниципализирован и зачислен в собственность республики. В разные годы в здании доме располагались: армейский штаб, общежитие и квартиры высших воинских чинов, архивное ведомство, занимавшееся вопросами истории ВКП(б), Уральский музей революции, антирелигиозный музей и Областной совет безбожников. Здесь хранились мощи особо почитаемого Царской семьей святого праведного Симеона Верхотурского. В 1920-х годах снесли стоявшую перед домом часовню святого Пророка Божия Илии.
Во время Великой Отечественной войны в доме хранились экспонаты коллекции Эрмитажа, которые были эвакуированы из Ленинграда. В 1970-е годы в здании разместились Учебный центр работников культуры и городское агентство «Союзпечать». В сентябре 1977 года дом был снесен.
Первое открытое моление по убиенной Царской семье было совершено 16 июля 1989 года, через двенадцать лет после сноса Ипатьевского дома. 20 сентября 1990 года Горсовет принял решение о передаче земельного участка на Вознесенской горке Екатеринбургской епархии. В октябре 1990 года был установлен Царский Крест на месте убийства Царской семьи.
В 1991 году в дни памяти Августейших Мучеников, «Царские дни» — так их стали именовать в народе, в городе впервые после 1919 года был проведен крестный ход от Вознесенской церкви до Царского места, где архиепископ Свердловский и Курганский Мелхиседек отслужил великую панихиду по невинно убиенным.
Летом 1992 года рядом с местом, где стоял Ипатьевский дом, была построена часовня во имя преподобномученицы Великой Княгини Елисаветы. Весной 1992 года Русская Православная Церковь причислила Елизавета Федоровну и инокиню Варвару к лику святых мучеников. В 2000 году они включены в Собор новомучеников и исповедников Церкви Русской.
23 сентября 1992 года на месте будущего храма Владыка Мелхиседек совершил торжественную закладку камня с частицей святых мощей праведного Симеона Верхотурского. 28 декабря 1993 года Священный Синод Русской Православной Церкви под председательством Святейшего Патриарха Алексия II свидетельствовал: «Народ наш, проходящий через испытания, наложенные Богом за грехи богоотступничества, цареубийства и гражданской смуты, и раскаивающийся в этих грехах, нуждается в видимом знаке покаяния» и благословил строительство в Екатеринбурге Храма-Памятника на Крови во имя Всех Святых в Земле Российской Просиявших. В 1994 году совершилась первая Божественная литургия во временном храме.
В августе 2000 года на юбилейном Архиерейском Соборе Русской Православной Церкви, проходившем в Москве, состоялось прославление святых царственных страстотерпцев в Соборе новомучеников и исповедников Российских. 23 сентября 2000 года в ходе визита в Екатеринбургскую епархию Святейший Патриарх Московский и всея Руси Алексий II совершил торжественную закладку капсулы с памятной грамотой об освящении места строительства в основание храма. 3 июня 2001 года Святейший Патриарх благословил проект строительства духовно-просветительского центра при Храме-Памятнике на Крови. 16 июля 2003 года состоялось освящение Верхнего храма во имя Всех святых, в земле Российской просиявших.
12 октября в Храм-Памятник на Крови прибыла рака преподобного Серафима Саровского с частицей его мощей из Серафимо-Дивеевской обители. Примечательно, что Храм-Памятник на Крови был освящен ровно через сто лет после канонизации преподобного Серафима Саровского, который говорил: «Тот Государь, который меня прославит, – того и я прославлю». Перед началом Божественной литургии Ольга Николаевна Куликовская-Романова торжественно передала в храм икону Пресвятой Богородицы «Троеручица», перед которой молилась Царская Семья в Ипатьевском доме.
В ночь с 16 на 17 июля 2003 года состоялась Божественная литургия в Храме-Памятнике на Крови, после которой Крестным ходом все участники богослужения пошли на Ганину Яму – место, где были уничтожены тела Царственных страстотерпцев и их верных спутников.
18 апреля 2010 года Святейший Патриарх Московский и всея Руси Кирилл совершил великое освящение нижней церкви в честь новомучеников и исповедников Церкви Русской. 15 июля 2013 года Митрополит Кирилл, правящий архиерей Екатеринбургской епархии, освятил престол придела святых царственных страстотерпцев на месте убиения святой Царской Семьи.
7 февраля 2016 года совершилось прославление в Лике святых Евгения Сергеевича Боткина, доктора Царской семьи, убиенного в Екатеринбурге, в месте, где теперь стоит Храм-Памятник на Крови.
