Храм выстроен по плану Губернского архитектора Ясныгина, а колокольня по плану Губернского архитектора Соколова. Строительство храма на месте прежнего обветшавшего было начато в 1798 г. и окончено в 1804 г. В 1818 г. началось возведение новой колокольни, строительство которой было завершено в 1833 г. В 1851 г. была сооружена западная паперть, поставлена каменная ограда с железными решетками.
Храм построен ротондой, увенчанной круглым византийским куполом, над которым возвышается глава на сквозном трибуне. Боковые входы в храм украшены портиками с колоннами дорического ордера. Такой же портик имеется над главным окном алтарной апсиды. Трапезная часть храма с обеих сторон окружена колоннадами из четырех раздельных колонн с парапетами, в центре которых вделаны полукруглые ниши.
Трехъярусная колокольня присоединена к храму. Первый ярус четырехугольный, с портиками с каждой стороны; колонны смешанного ордера — ионического, в капителях переходящего в коринфский. Второй ярус круглый, по краям сквозных арок параллельно нижним поставлены ионические колонны. Третий ярус такой же, как второй. Высота колокольни вместе с крестом составляет 87 м. Главный престол храма освящен в честь святых Жен Мироносиц, приделы — во имя Казанской иконы Божией Матери (1800 г.) и во имя Сретения Господня (1809 г.).
Лучшим украшением храма был его иконостас, в который вошли иконы из прежнего храма. В приделах было много чтимых икон. Среди них Казанская икона Божией Матери с крестом-мощевиком; иконы Спасителя; святителя Николая Чудотворца, мучеников Флора и Лавра XVII в., мученика Власия XVII в. В Сретенском приделе особо почиталась калужанами икона Сретения Господня, написанная по заказу граждан г. Калуги во время чумы в 1771 г. Мироносицкий храм стоял тогда на краю города по направлению к Москве. 2(15) февраля того же года, на праздник Сретения Господня, из всех городских храмов в Мироносицкий прошел крестный ход. Здесь перед иконой Сретения горожане молитвенно просили небесного покровительства в постигшем Калугу бедствии. Крестный ход повторился 2(15) февраля 1813 г. из-за эпидемии горячки, вспыхнувшей в городе после войны 1812 г.
Храм был закрыт в 1930 г. и далее использовался под складские помещения. С 1960 г. Мироносицкий храм является памятником архитектуры и градостроительства республиканского значения (постановление СМ РСФСР от 30.08.1960г. № 1327).
В 1990 г. храм Жен Мироносиц был передан Церкви. 29 апреля 1990 г., в Неделю 3-ю по Пасхе, Святых Жен Мироносиц в нем был отслужен первый молебен. Главный престол храма — в честь свв. Жен Мироносиц был освящен в 1993 г. архиепископом Калужским и Боровским Климентом. Первым настоятелем храма был назначен протоиерей Александр Козлович. 5 июля 1993 г. председателем приходского совета и ответственным за проведение восстановительных работ назначен игумен Донат (Петенков), а с 2012 года он является настоятелем храма. В ходе восстановительных работ была заново покрыта крыша, пол выложен мрамором, проведено отопление, заменена электропроводка, установлены новые рамы и двери, храм отштукатурен и покрашен снаружи, изготовлены иконостасы для главного алтаря и приделов и начата его роспись. 29 января 2007 г. Правительство Российской Федерации распоряжением № 89-р передало храм в собственность Калужской епархии Русской Православной Церкви.
В 90-е гг. XX в. храм дважды посещался Высшими Церковными иерархами: в 1992 г. — Святейшим Патриархом Московским и всея Руси Алексием II, а в 1994 г. — Патриархом Александрийским Парфением III.
