В 1848 году для строительства храма жители выбрали самую высокую точку на Верхнем Кыштыме, с которой открывался живописный вид на усадьбу заводчиков, Верхне-Кыштымский пруд и синеющие вдали вершины Сугомака и Егозы. Строили новый храм с размахом: в 1857 году – к столетию Кыштыма – в небо на высоту 71 метр вознеслась колокольня, а двухэтажное здание общей площадью 2000 квадратных метров увенчал 50-метровый главный купол.
– Нижний этаж задумывался как зимний, отапливаемый, — говорит настоятель храма Рождества Христова протоиерей Иоанн Сухов. – Раньше здесь стояли печи, и богослужения совершались с осени, с праздника покрова Пресвятой Богородицы, и до поздней весны, до праздника святителя Николая Чудотворца. Второй этаж задумывался как летний. Вообще, верхний апартамент считался «изюминкой» храма, имел большой просторный зал и великолепную акустику. Говорят, что придел строился по пропорциям Исаакиевского собора в Петербурге. Между тем, установить имя архитектора не удалось. Есть предположение, что к проекту косвенно был причастен основоположник русско-византийского стиля Константин Тон, строивший Храм Христа Спасителя. В то время архитектор был в фаворе у императора Николая I, а его чертежи были рекомендованы епархиям в качестве типовых. На местах проекты творчески осмысливались. Как бы то ни было, итог этого творческого осмысления превзошел все ожидания. Храм Рождества Христова был и остается самым величественным во всем Кыштымском округе, соперничая лишь с храмом Вознесения Господня в Каслях.
По свидетельству епископа Екатеринбургского и Ирбитского Митрофана, внешний вид храма был великолепен. «Высокие многоколонные стены, покрашенные белой известью, вместе с многочисленными блестящими окнами и огромными железными вратами устремлены ввысь. Посеребренные неярким октябрьским солнцем «луковицы» с большими крестами над колокольней словно парили над поселком. Прочная высокая чугунная ограда на каменном фундаменте, солидные ворота с западной и северной сторон, маленькие иконы над воротами – все это внушало прохожим «радостную лепоту» и «божию благодать».
В отличие от строительства, внутренняя роспись собора двигались гораздо медленнее: основательному храму требовалась тщательная отделка. Настенная роспись нижнего этажа была завершена лишь в 1902 году. Сделанные по окончании работ надписи свидетельствуют, что «стенная живопись святых картин и орнаменты исполнены Московскою придворною художественною мастерской Якова Ефимовича Епанечникова», одного из наиболее известных московских мастеров, «поставщика двора Его Императорского Величества». На втором этаже тоже установили иконостас, все было достаточно благочинно, но без такой торжественности, как внизу. Расписать верхний придел до революции так и не успели. После революции Христорождественский храм пережил немало испытаний. В 1935 году он был закрыт. Чудом сохранились росписи и орнаменты нижнего предела. Часть икон прихожане уносили с собой, чтобы спрятать от поругания – на волне большевистского богоборчества над росписями святых издевались: выковыривали глаза, отбивали штукатурку, заливали краской.
Есть городская легенда, что когда решено было сбросить колокола, горком партии «призвал» девять молодых ребят с механического завода выполнить эту работу. Они справились – и колокола полетели на землю. Но потом все девять человек быстро ушли из жизни: кто-то спился, кто-то покончил с собой, а один отправился за грибами в лес и не вернулся. Родные искали три года, но безрезультатно. Христорождественский храм от забвения «спасла» Великая Отечественная война и знаменитое обращение И. Сталина – «братья и сестры» – церковное по своей сути. Становилось очевидным, что кроме любви к Отечеству оружием Победы становилось духовное единение вокруг православной церкви. В суровые дни войны собор был вновь освящен и в нем начались службы, которые больше уже не прервутся.
В 1990-е годы на колокольне Христорождественского храма были обновлены колокола – самый крупный из девяти колоколов был отлит в Воронеже. В начале лета 2016 года впервые за долгие годы в верхнем пределе прошли богослужения.