Белокаменный одноглавый храм преподобного Сергия Радонежского был построен еще во времена Бориса Годунова. Возвели его силами артели псковских мастеров на территории тогда еще существовавшего Троице-Сергиевого монастыря, на месте деревянной церкви 1551 года постройки. Освящение вновь отстроенной Сергиевской церкви состоялось осенью 1604 года, о чем свидетельствует сохранившаяся до наших дней древняя надпись на стене.

По преданию в Сергиевском храме хранилась главная святыня Свияжска – древняя икона преподобного Сергия Радонежского, считавшегося покровителем города. Она была привезена из Троице-Сергиевой Лавры в 1551 году. На западной стене храма до наших дней сохранились фрески начала XVII века с изображением ветхозаветной Троицы. Фреска современна самой церкви, но краски до сих пор поражают своей яркостью, а контуры рисунков – четкостью.

В наши дни проведена масштабная реставрация храма, являющегося неотъемлемым элементом ансамбля Иоанно-Предтеченского монастыря, и в июле 2018 года прошло очередное его освящение.