Основные объемы храма располагались последовательно по продольной оси (восток-запад): храм с апсидой - трапезная с двумя приделами по бокам - притвор с колокольней - паперть.
Первоначальная деревянная церковь была построена около 1652 года в районе, называемом «Пески» - место между рекой Томью и Воскресенской горой.
Это был "деловой" район Томска. Здесь располагались Базарная площадь, другие торговые ряды, весенняя пристань, купеческие дома, склады.
Колокола храма первыми встречали чудотворный образ Божьей Матери Одигитрии из села Богородского при переправе ежегодного Крестного хода через реку Томь 21 мая.
При храме с 24 октября 1891 года существовало церковно-приходское попечительство, а с 1908 года - церковно-приходская школа . Церковно-приходская школа была помещена в церковном доме, учащихся насчитывалось 27 человек.
В церковной библиотеке насчитывалоськниг до 580 томов.
В 1920 году Духовская церковь была национализирована и с заключением договора передана в пользование верующим.
В 1922 году храм находился во власти обновленцев. В 1924 году община Духовской церкви вошла в каноническое подчинение к архиепископу Дмитрию (Беликову).
19 января 1925 года из Духовской церкви состоялся крестный ход на реку Томь для освящения воды. В крестном ходе, возглавляемом архиепископом Димитрием, приняло участие духовенство семи церквей, вышедших из подчинения обновленцам и присоединившихся к Владыке Димитрию (из Троицкого кафедрального собора. Благовещенской церкви, Петропавловской церкви, Ионно-Лествичной церкви, Сретенской церкви, Знаменской церкви, Духовской церкви).
С 1928 года община Духовской церкви находилась в каноническом подчинении у «григорианцев» (ВВЦС).
В 1929 году в храме были сняты колокола «на нужды индустриализации страны».
Не имея средств содержать храм, прихожане (89 человек) вынуждены были присоединиться к общине Знаменской церкви.
Постановлением Томского окрисполкома 18 июня 1930 года Духовская церковь была закрыта, здание переоборудовано под столовую водников .
В 1950-х годах церковное здание было разобрано.
