Знаменская церковь берёт своё начало от деревянного храма в честь чтимой в Сибири иконы Божией Матери «Знамение» (Абалакская), построенного на этом месте в 1703 году дворянином Иваном Качаловым, который происходил из города Углича.
В 1593 году угличане были сосланы в Сибирь по делу о смерти царевича Димитрия, а в XVII веке часть «Углича» была переведена из Пелыма (ныне Тюменская область) в Томск, где угличанами был основан исторический район «Заозерье». Они привезли с собой икону Божией Матери «Знамение», которая и дала название храму.
К концу века церковь была достаточно ветхой, и после пожара решено было выстроить новую каменную. В 1789 году состоялась закладка каменной Знаменской церкви с приделом святой великомученицы Екатерины. Основными застройщиками храма были потомки первостроителя. Строительство шло медленно- 14 лет. Лишь в 1803 году 15 октября был освящён северный придел во имя святой великомученицы Екатерины — небесной покровительницы императрицы Екатерины II, подписавшей прошение о строительстве каменной Знаменской церкви, а 9 ноября 1810 года, был освящён главный престол – в честь Абалакской иконы Божией Матери «Знамение».
Через десять лет 9 октября 1820 года в церкви произошел пожар от печи, сгорела крыша на Екатерининском приделе. После ремонта 28 января 1821 года придел был вновь освящен. Впоследствии Знаменская церковь стала трехпрестольной: центральный престол освящен в честь Знамения Пресвятой Богородицы, южный престол – во имя святых первоверховных Петра и Павла, северный – во имя Всех Святых.
Особо почитаемой была икона Христа Спасителя, высеченная на чёрном аспидном камне- шунгитном углероде. По преданию, колокольня, куда однажды была вынесена эта икона, в ночное время вся была озарена исходящим от неё сиянием. Верующие восприняли это событие как указание свыше, и святыню вернули в храм. В годы богоборчества все святыни были утрачены.
При церкви существовала открытая в сентябре 1892 года церковно-приходская школа для девочек, построенная на средства томича Родюкова А.Д., где учились 63 воспитанницы. После революции на здании выстроили 2-ой этаж и сделали его жилым. В 1912 году при храме насчитывалось прихожан обоего пола до 869 человек, кроме того раскольников 8 человек. В церковной библиотеке имелось 156 книг. При храме активно действовало церковно-приходское попечительство.
После октябрьского переворота 1917 года здание Знаменской церкви было национализировано, но богослужения в храме продолжались. Религиозная община при Знаменской церкви 2 августа 1920 года заключила с Томским Горуездным исполкомом договор на бессрочное и бесплатное пользование храмом и церковным имуществом. По его условиям на проведение крупных мероприятий приход теперь обязан был получить разрешение новой власти.
Постановление Западно-Сибирского Краевого исполкома от 26 марта 1935 года Знаменская церковь была закрыта. Причиной этого, как отмечалось в документе, стали многочисленные требования рабочих расположенных вокруг нее предприятий и учреждений, необходимость ремонта здания, на который у прихожан не было средств, а также потребность строителей новой жизни в культурно-просветительских учреждениях – им передавались национализированные здания церквей.
После закрытия Знаменскую церковь отдали базе Сплавфлота. 9 мая был составлен акт о передаче церковного имущества (икон, сосудов, облачений и других ценностей -всего 156 наименований) в государственный фонд.
Церковное здание претерпело серьёзные изменения. Центральный купол, колокольня и Всехсвятский придел были разрушены. В 1936 году здание занял под склад зерна Поросинский спиртзавод. С 1940 года здание принадлежало речному хозяйству. В 1960- годы здесь размещались кузница и кочегарка. В 1970- е годы – гараж, бойлерная, лодочная станция.
К концу 1980-х вместо южного придела Петра и Павла возвышался деревянный жилой дом. К другому, северному приделу, примыкала сливная яма, стоки которой струились под церковь. На месте центрального Знаменского придела размещался киоск по приему бутылок. В помещении, где сегодня действует церковная лавка, находился тепловой узел, отапливавший часть ближних домов.
Впервые разрушенное здание церкви было поставлено на госохрану, как памятник культуры в 1984 году, когда специалистам института «Сибспецпроектрестоврация» был выполнен проект «Реконструкции и регенерации центральной части города Томска с полным обследованием всей застройки». Решением Томского Горсовета № 25 от 26.02.1992 года полуразрушенное здание церкви поставлено на госохрану, как памятник местного значения.
В 1992 году развалины храма были возвращены Русской Православной Церкви, и силами общины Свято-Троицкой церкви под деятельным руководством настоятеля протоиерея Николая Яськова начались восстановительные работы.
Первым был восстановлен и 20 апреля 1996 года освящен северный придел во имя святителя Николая Чудотворца. Освящение совершил ныне в Боге почивший Преосвященный Сергий, Епископ Новосибирский и Бердский.
Южный придел в июле 2000 года был освящен Преосвященным Ростиславом, епископом Томским и Асиновским.
В декабре 2005 года завершилось восстановление центрального Знаменского придела. Чин его освящения совершил также владыка Ростислав.
Три деревянных иконостаса были изготовлены из кедра мастерами Томского политехнического профессионального лицея №20. Роспись центрального и Никольского иконостасов выполнили московские иконописцы супруги Дмитрий и Галина Ларионовы, а роспись иконостаса Серафимовского придела принадлежит москвичке Татьяне Тякиной.
В 2004 году на колокольне Знаменской церкви установили колокола. По старинному способу- в земле, их отливали мастера города Тутаева, Ярославской области. На них запечатлены имена владыки Ростислава, протоиерея Николая Яськова, а также имена прихожан, вложивших средства в восстановление церкви.
В настоящее время жители Томска стали свидетелями того, как буквально из руин вырос величественный храм, который обогатил силуэт города и своей архитектурной гармоней, своими святынями подарил большому городскому району возможность полноценного духовного окормления.