Свой первоначальный вид церковь сохраняла до 1860-х годов, когда к ней пристроили колокольню и теплую трапезную. В 1868 году к основному помещению были присоединены еще два придела, посвященные иконе Казанской Божьей Матери и святителю Николаю. Масштабное переустройство храма провели на деньги прихожан, сергиевских купцов Черёмушкиных и Сазоновых, но в большей части — на средства князя Сергея Сергеевича Гагарина (1832–1890), прадед которого построил церковь изначально. Главный иконостас храма сделан из камня, что для русских православных церквей сравнительная редкость; сергиевские каменотесы выточили его из уральского мрамора, гранита и змеевика. В конце XIX века при церкви были открыты церковно-приходское попечительство, школа, публичная библиотека-читальня.