В мае 1871 года посетивший Черноморский округ наместник Кавказа великий князь Михаил Николаевич высказал мысль о необходимости постоянного православного храма на Даховском посту. Закладка храма, который задумывался 2-престольным, с посвящениями престолов в честь Михаила Архангела и Марии Магдалины, состоялась 26 мая 1874 года в центральной части Даховского поста, на месте бывшего Навагинского укрепления. 24 сентября 1891 года епископ Сухумский Агафодор (Преображенский) совершил чин освящения построенного в эклектическом стиле по проекту московского архитектора А. С. Каминского третьего сочинского храма во имя святого архистратига Михаила.
В 1934 году Михайловский храм был закрыт, его здание передали Сочинскому курортному управлению для устройства склада. 2 ноября 1943 года богослужения в храме возобновились. Заботами прихожан его отремонтировали, восстановили купол с крестом и шатёр колокольни. Приезжавший в Сочи на отдых и лечение в 1947 и 1948 годах Патриарх Московский и всея Руси Алексий I неоднократно посещал Михайловский храм и молился в алтаре во время архиерейских богослужений, совершавшихся епископом Краснодарским и Кубанским Флавианом (Ивановым) и митрополитом Ленинградским и Новгородским Григорием (Чуковым).
В 1981 году здание храма получило статус памятника архитектуры. В результате реставрации, осуществлённой в 1992–1994 годах по проекту сочинского архитектора Ф. И. Афуксениди, Михайловскому храму был возвращён его первоначальный архитектурный облик. 19 декабря 1995 года епископ Майкопский и Армавирский Филарет (Карагодин) заложил близ храма крестильную церковь, 12 мая 2008 года освящённую митрополитом Екатеринодарским и Кубанским Исидором (Кириченко) во имя Пресвятой Богородицы, в честь иконы Её, именуемой «Иверская».
В 2007–2008 годах была проведена очередная реставрация Михайловского храма. В её ходе была, в частности, построена освящённая 21 ноября 2008 года водосвятная часовня-киворий во имя Пресвятой Богородицы, в честь иконы Её, именуемой «Живоносный Источник». 23 ноября 2011 года митрополит Екатеринодарский и Кубанский Исидор освятил установленный в нескольких метрах от южного фасада Михайловского храма памятник последнему русскому императору Николаю II.
