Крестовоздвиженский кладбищенский храм был построен в 1794 году на средства купца Водовозова. По архитектурному стилю он сочетает позднее барокко и элементы классицизма, однако свой окончательный вид приобрёл гораздо позже, после перестройки в 1863 году.

Первоначально на этом месте стояла лишь скромная холодная церковь для отпеваний, без колокольни и дополнительных приделов. По старинным фотографиям можно судить, что изначально храм был выкрашен в типичный для местных церквей белый цвет.

В советский период здание пережило многое: успело побывать кузницей, складским помещением и даже тюрьмой. В годы Великой Отечественной здесь содержали военнопленных. Но в 1945 году Крестовоздвиженская церковь, внезапно, была вновь открыта, причём по указу самого Калинина. Тогда же в храм была возвращена чудотворная икона Божией Матери, пропавшая ранее из разрушенного Казанского собора.

С этого момента началось превращение Крестовоздвиженского храма в главный храм города. И в наши дни это уже не просто прикладбищенская церковь, а местный кафедральный собор.
В народе церковь называют Толмачёвской, по имени деревни, некогда располагавшейся здесь, а затем поглощённой разросшимися Вязниками.

Существует также народное предание, что кладбище при храме вообще старейший некрополь в этих краях, и якобы в этой земле могут лежать даже князья Ярополча Залесского. Документального подтверждения этому нет, однако среди старинных надгробий легко можно найти памятники многих известных горожан.

Последние захоронения здесь были аж в 1960-е годы, после чего открылось уже новое кладбище на восточной окраине города.