В нём в ночь с 16 на 17 июля 1918 года прервалась 300-летняя история правления Романовых. В 1990 году на пустыре установили деревянный крест, затем металлический, ставший местом паломничества. В деревянной часовне велись первые службы.
Каменный храм поставили со второй попытки
В 1990 году был объявлен открытый конкурс на разработку проекта храма-памятника, который предполагалось завершить к очередной годовщине расстрела. Победителем стал курганский архитектор Константин Ефремов. 23 сентября 1992 года архиепископ Верхотурский и Екатеринбургский Мелхиседек заложил символический камень, дав старт строительству. Но оно практически сразу же прекратилось. Возобновилось спустя восемь лет. Но уже по другому проекту. В сентябре 2000 года Патриарх Московский и всея Руси Алексий II заложил в основание храма капсулу с памятной грамотой об освящении места строительства. Открылся же храм в 2003 году.
К возведению и отделке храма привлекли лучших застройщиков. «Атомстройкомплекс» выполнил отделочные работы: колонны, пилястры, оштукатуривание наружных акцизов, фасадные работы на северной и южной частях храма.
Архитектура пятикупольного храма выдержана в неовизантийском стиле, как и большинство церквей периода царствования Николая II. Поскольку изначально была заложена идея мемориальности, в храме создан музей, выставочный зал, есть элементы исторической реконструкции.
В нижнем храме воссоздана расстрельная комната с подлинными деталями Дома Ипатьева, а алтарь находится рядом с непосредственным местом расстрела
Верхний храм освятили в канун 85-летия гибели царской семьи, а 18 апреля 2010 года нижний придел был освящен Патриархом Кириллом.
В составе храмового комплекса — скульптура венценосных узников. Екатеринбургский скульптор Константин Грюнберг изобразил их за несколько минут до гибели, спускающимися в расстрельную комнату. Каждый год в середине июля Храм на Крови становится центром большого фестиваля «Царские дни». Его центральное событие — Крестный ход в ночь с 16 на 17 июля: от Дома Ипатьева до Ганиной Ямы, где были обнаружены останки в конце ХХ века.