Издавна у монастырской стены, выходящей на Рождественский бульвар, располагались одноэтажные сестринские кельи. В начале ХХ в. при переустройстве монастыря было решено сломать эти здания и построить вдоль стены большой храм с обширным трапезным корпусом (длина 36 м, ширина 15 м, высота 17 м). Первоначальный проект Казанского храма, составленный Фёдором Осиповичем Шехтелем, был сочтён слишком дорогостоящим. Одобрение получил другой проект – архитектора Петра Алексеевича Виноградова (1858–1910 гг.), работавшего в обители. 6 июля 1904 г. митрополит Московский и Коломенский священномученик Владимир (Богоявленский) совершил освящение закладного камня. Пятиглавый Казанский храм в неорусском стиле был рассчитан на 300 молящихся. Верхний этаж здания занимал храм, средний – трапезная, кухня и служебные помещения, в полуподвале были кладовые. Для будущего храма заранее, ещё до его строительства, благотворительницей М.В. Лапшиной (приняла постриг с именем Серафима; ко времени возведения церкви уже скончалась) были приготовлены иконы. Стоимость сооружения церкви была определена в 120 тыс. руб. 8 сентября 1905 г. митрополит Владимир (Богоявленский) освятил кресты на куполах Казанского храма и малым чином сам храм, в котором в этот день монастырского престольного праздника была отслужена первая Божественная литургия. 30 августа 1906 г. митрополит Владимир (Богоявленский) совершил великое освящение храма. В церкви установили дубовый резной иконостас, образа для которого написал художник Ильин, а утварь и облачения выполнены в мастерской С.С. Мешкова. В 1906 г. в Казанском трапезном храме служил протоиерей Иоанн Кронштадтский. В 1923 г. храм был закрыт, в здании устроены мастерские, жилые помещения, детский сад. Были снесены все пять глав и крыльцо (в стиле XVII в.) у северного входа. В здании церкви, переданном в 1970 гг. МАРХИ, находилась кафедра живописи, проводились аудиторные занятия. В августе 1997 г. возрождённому монастырю передали верхнюю часть трапезного храма, а в 2001 г. – и нижнюю (кроме подвала). К 2005 г. были завершены масштабные восстановительные работы, воздвигнуты пять глав, установлены кресты, заменена кровля. 21 сентября 2007 г., в день праздника Рождества Пресвятой Богородицы, в возрождённом Казанском храме впервые совершил Божественную литургию Патриарх Московский и всея Руси Алексий II (Ридигер). В марте 2008 г. патриарх вновь служил в Казанской церкви. 7 ноября 2010 г. Патриарх Московский и всея Руси Кирилл (Гундяев) совершил чин великого освящения храма и возглавил Божественную литургию. К 2008 г. росписи на стенах и сводах храма были отреставрированы, в трапезной в пространствах между окнами представлены изображения в рост русских святых: с левой стороны – Патриарха Московского и всея Руси священномученика Ермогена, преподобных Антония и Феодосия Киево-Печерских, преподобного Серафима Саровского, святителя Феодосия Черниговского; с правой стороны – митрополита всея Руси святителя Алексия, преподобного Сергия Радонежского, святителя Питирима, епископа Тамбовского, святителя Иоасафа, епископа Белгородского, преподобного Тихона Калужского. В парусах храма – изображения евангелистов, а под ними, на северной и южной стенах, – копии картин Генриха Ипполитовича Семирадского «Христос и самарянка», «Христос у Марфы и Марии». У западной стены трапезной в киотах находятся иконы преподобной Евфросинии Московской и Патриарха Московского и всея России Тихона (Беллавина). В храме установлен двухъярусный иконостас, в местном ряду которого находится восемь икон, в том числе Николая Чудотворца, преподобного Серафима Саровского, праведного Иоанна Кронштадтского, Казанский образ Божьей Матери. В храме хранятся ковчег с частицей мощей великомученика Георгия Победоносца, ковчег с частицей мощей великомученицы  Варвары.