К созданию храма, основанного в середине XVIII века, приложил усердные труды переселившийся в эту местность (тогда бывшую за городской чертой) Потап Никитич Гарденин (1689-1746), ставший крупным фабрикантом - производителем сукна. Вскоре поблизости сложился целый комплекс жилых и производственных построек, обязанных своим существованием ему и его наследникам. В апреле 1735 года Гарденин направил прошение воронежскому епископу Иоакиму: "Желаю я, нижепоименованный, по намеренному своему обещанию, в граде Воронеже в Беломестной слободе, построить вновь святую каменного здания церковь во имя Пресвятой Богородицы Тихвинской с приделом, в котором желаю быть во имя преподобных отец наших Онуфрия Великого и Петра Афонского из своего собственного единого кошта для того, что я от других градских церквей имею жительство в дальнем расстоянии, от которого в доме моем во всяких случившихся потребах бывает немалая нужда, за которую без церкви мне, нижепоименованному, никакой мерности пробавиться невозможно".

Вскоре неподалеку от жилого дома фабриканта церковь была заложена. Под ее двор выделили участок 80 на 80 сажен (170 на 170 метров). Строительство велось неспешно, только 8 марта 1741 года освятили верхний деревянный придел во имя святых Онуфрия и Петра. Пять лет спустя была завершена и вся церковь, со временем получившая наименование Тихвино-Онуфриевской.

В 1758 году деревянный придел во втором ярусе сгорел, при пожаре повредились даже каменные стены трапезной. Через четыре года Гарденины-младшие восстановили домашнюю церковь, теперь были устроены два каменных придела в самой трапезной на первом этаже. К существующему добавился еще придел в честь трех вселенских святителей - Василия Великого, Григория Богослова и Иоанна Златоуста.

В конце XVIII столетия возросшее число прихожан потребовало расширения богослужебного здания, и в 1795 году перестройка церкви завершилась. Последний раз в дореволюционное время она подверглась реконструкции в 1873 году. Придельные алтари тогда были вынесены из трапезной и поставлены в один ряд с главным алтарем. Храм приобрел свой окончательный вид.

Из достопримечательностей автор исторического описания Тихвино-Онуфриевской церкви протоиерей Василий Горьковский (1908) отмечал в ней прекрасную икону святых Онуфрия и Петра, написанную в 1819 году местным художником Иваном Шевцовым, и "очень древнюю" икону Тихвинской Божией Матери в позлащенной ризе, унизанной жемчугом. Весу в оной вместе с киотом - 1 пуд 11,5 фунтов (почти 21 кг). Имелось в церкви и святое Евангелие 1759 года тиснения с серебряным окладом, переплетенное в две доски. Общий вес фолианта, подаренного богомольцем Петром Кондратьевым, составлял 1 пуд и 23,25 фунта (более 24 кг).

На церковной земле в начале прошлого века находились каменная сторожка, сарай для топлива, открытая в 1894 году приходская школа, в которой состояли две учительницы - грамоты (Зинаида Ключанская) и рукоделия (Надежда Егорова). На содержание причта (два священника и два псаломщика) шли банковские проценты с капитала в пятнадцать тысяч рублей. Приход был относительно невелик: в 1805 году - 149 дворов, в 1908 году - 160 дворов на окрестных улицах Поднабережной, Манежной, Чернавской, Левой и Правой Суконовках, где проживали 926 человек, а век спустя - 1088 человек. Когда-то здесь обитали работные люди с гарденинской суконной мануфактуры: для них, собственно, и строилась церковь. К началу XX века об этом напоминали лишь названия улиц. Одна из фабрик была занята под военную казарму, вторая превратилась в жилой дом, а гарденинский особняк давно уже отошел городскому обществу.

Прихожанином Тихвино-Онуфриевской церкви, как видно из позднейших дневниковых записей, был Георгий Петрович Федотов (1886-1951), известный впоследствии религиозный мыслитель и историк. Семья Федотовых жила в Воронеже с 1890 по 1904 год, отец философа, статский советник П.И. Федотов (ум. 1898) был правителем канцелярии губернатора.

С 1893 по 1908 год настоятелем церкви был кандидат Киевской духовной академии Василий Горьковский (1864-1937), выше упомянутый автор исторического очерка о своем храме. После революции, овдовев, он принял монашеский постриг с именем Владимир и впоследствии был рукоположен во епископа Богучарского, викария Воронежской епархии (в 1928 году он осудил попытку епископа Алексия (Буя) выступить против лояльной к Советской власти церковной политики митрополита Сергия (Страгородского). В 1911 году в храме служили священники Владимир Автономов и Евтихий Воскресенский, диакон Иоанн Богомолов, псаломщики Алексий Кмита и Иаков Кесаревский. Старостой с 1900 года был губернский казначей Михаил Рубинов. Приход насчитывал 152 дома, где проживали 1135 человек.

Помимо службы в своем храме причт Тихвино-Онуфриевской церкви исполнял требы в ведомствах своего прихода - в Сиротопитательном доме, в больнице Приказа общественного призрения (до создания там в 1841 году собственной церкви), в губернских присутственных местах и в старом тюремном замке.

С трех сторон храма, кроме западной, было отмежевано более чем по 20 аршин под кладбище, где погребали только членов семьи Гардениных и местных священников. После 1772 года это была единственная в городе приходская церковь, возле которой разрешалось регулярно хоронить мирян. У каменных стен покоится храмосозидатель Потап Никитич Гарденин, его сын Андрей (1723-1776), внук Иван Андреевич (1752-1772), невестки Мария Адриановна († 1760) и Екатерина Ивановна († 1796).

После Октябрьской революции 1917-го года новая, Советская власть, объявивла войну Церкви Божией. В конце 1918 года от настоятеля Владимира Автономова затребовали сведения об имеющихся в храме золотых и серебряных изделиях. В представленном им диаконом Василием Кармановым и старостой Д. Зеленевым списке означено сорок пять богослужебных предметов. В числе их были шесть напрестольных крестов (один, самый крупный, с финифтяным распятием, весил 3 фунта 7 золотников), семь дарохранительниц (в том числе потянувшие на 11 фунтов 60 золотников и на 7 фунтов 15 золотников). Судьба этих предметов, увы, всем понятна...

В годы Гражданской войны, в конце 1919 - начале 1920-го года, на подворье Тихвино-Онуфриевской церкви Губчека разместила концлагерь, где в строгой изоляции содержались несколько сот человек с длительными сроками заключения, у многих была формулировка "изолирован до конца гражданской войны". В нелегких условиях начала 1920-х годов в церкви все же возобновились богослужения и совершались в период последующих 10 лет. Однако советская власть имела целью полное упразднение храма, поэтому в январе 1932 года служивший в Тихвино-Онуфриевском приходе священник отец Алексей Аристов был арестован, а октябре 1932 года церковь окончательно закрыли. Здание отдали под производственные нужды. Вскоре была разобрана двухъярусная колокольня (неизвестно, произошло ли это в тридцатые годы или она была разрушена в период Великой Отечественной войны) - как раз та часть сооружения, которая не подвергалась переделкам и наиболее полно отражала стиль времени строительства.

До начала 1980-х годов в церкви находилась фабрика "Игрушка". Для производственного процесса внутренняя часть здания было переоборудована, бывший храм опутали трубы газопровода и вентиляции. В середине 1980-х годов была начата реставрация исторического памятника под музей (над трапезной частью к появилась кровля, восстановленный купол увенчал кованый крест, исчезли горы мусора), затем здание использовалось различными организациями...

В октябре 1990 года Тихвино-Онуфриевская церковь была возвращена епархии. Около года продолжался процесс передачи храма, приведения его в порядок. Первое богослужение было совершено 28 декабря 1991 года, что знаменовало начало возвращения здания к его исконному предназначению. Вначале была открыта для богослужений лишь трапезная часть храма, в которой был сооружен из фанеры небольшой временный алтарь. Одновременно был начат ремонт главной части храма, медленно восстанавливалась колокольня. Долгие десятилетия велись реставрационные работы и благоукрашение старинного храма, претерпевшего годы поругания и запустения. (При составлении данной исторической справки использованы материалы книги А.Н. Акиньшина "Храмы Воронежа". Воронеж, 2003 г.).

Правящий Архиерей Воронежской епархии Высокопреосвященнейший митрополит Сергий регулярно посещал восстанавливающийся храм и совершал в нем богослужения. Ежегодно в день престольного праздника архиерейским чином совершалась Божественная литургия, по завершении которой митрополит Сергий возглавлял совершение крестного хода вокруг храма.

Радостное событие Великого освящения главного и левого алтарей Тихвино-Онуфриевского храма совершил митрополит Воронежский и Лискинский Сергий, Глава Воронежской митрополии в сослужении духовенства Воронежской епархии, 9 июля 2019 года - в праздник Тихвинской иконы Божией Матери.

В память о совершенном Великом освящении храма Глава Воронежской митрополии вручил настоятелю и прихожанам икону Пресвятой Богородицы афонского письма.