Храм построен в 1838 году по проекту архитектора Г. И. Торричелли. Своим созданием он обязан генерал-губернатору Новороссийского края, хозяину Ак-Мечетской экономии Михаилу Семёновичу Воронцову. Церковь построена с необычной колокольней – по типу английских соборов времён Вильяма Шекспира.
Здание церкви, выстроенное в необычном для русской храмовой архитектуры псевдоготическом стиле, привлекало внимание своей оригинальностью и служила ориентиром кораблям, подплывающим к Ак-Мечетской бухте. В оформлении церкви просматривались элементы романской архитектуры: полукруглые арки оконных и дверных проемов, рельефы колонн во внутреннем помещении, резьба по камню. Строилась она в период распространения в Европе и России «псевдоготического» стиля, возрождавшего архитектурные формы и декоративные мотивы средневековой готики. Да и сам Воронцов, будучи сыном российского посланника в Англии, долгое время жил за границей и питал особое пристрастие к подобным принципам строительства. В XIX в. церковь святых Захария и Елисаветы, в основном, содержалась на средства Воронцовых, выделявшихся из доходов Ак-Мечетской экономии. Со стороны же прихожан поступали весьма скудные подаяния.
Внутреннее убранство храма особой роскошью не отличалось. Иконостас «ветхий», как указывалось в церковных документах. Описание его икон, к сожалению, не сохранилось. Но и те, которые сегодня украшают церковь, достойны особого внимания. Постепенно проясняются ранее потускневшие лики святых на иконах святого Стефана Саровского, Захария и Елисаветы. Изображение становится более четким. Икона «Распятие Христа» ранее принадлежала Н.И. Зубову – соратнику А. Солженицына, проживавшему в 1960-е годы в п. Черноморское. После его смерти она была передана храму. Причт должен был состоять из священника, дьяка и пономаря.
Есть сведения о том, что в русско-турецкую войну ядро с турецкого корабля попало в церковь, и турки с того момента платили дань России, россияне предусмотрительно ядро из стены не извлекали. Причем платили и после революции, вплоть до Второй мировой.
В оформлении окон и дверей встречаются элементы романской архитектуры, полукруглые арки в оконных и дверных проёмах. С 1930 года в помещении церкви открыли клуб. С 1941 года по 1945 год в ней был склад. В 1981 году к бывшему зданию церкви был пристроен двухэтажный корпус детско-юношеской спортивной школы с спортзалом. Здание церкви стало борцовским залом. В связи с этим оно было переоборудовано, внесены значительные изменения в его внешний облик.
В 1990 году было принято решение о передаче в ведение Русской Православной Церкви ранее закрытого храма.
