Знаменский храм построили как зимний при Троицкой церкви в 1801 году. Деньги на строительство дали местные прихожане; за образец была взята Входоиерусалимская церковь в Арзамасе. Левый придел был освящён в честь преподобного Феодосия Тотемского, правый — в честь казанских чудотворцев Гурия и Варсонофия.
В 1931 году Знаменскую церковь закрыли, барабан с куполом разобрали. До 1990-х годов в ней размещались планетарий, Народный дом обороны, отделение банка. В 1998 году храм вернули верующим, которые провели ремонтные работы в 2004-2006 годах. В 2005 году были установлены резные иконостасы в три яруса высотой. Поблизости расположены сквер основателя Арзамасской школы живописи А.В. Ступина и памятник ему же, Духовская церковь, бывшее Арзамасское реальное училище.
