Закладка храма состоялась 15 мая 1910 года, в пятую годовщину Цусимского сражения. На закладной камень греческая королева Ольга Константиновна положила солдатский Георгиевский крест. Строился храм на народные пожертвования.

Нижний храм Николая Чудотворца был освящен 28 июля 1911 года в присутствии родственников погибших моряков. Верхний храм Христа Спасителя освящали 31 июля; на церемонии присутствовал император Николай II с дочерьми, великий князь Константин Константинович, Ольга Константиновна, поднесшая в дар храму икону Шуйской Богоматери 1655 года, другие члены императорской фамилии.

Белокаменные рельефы на фасадах и барабане церкви вырезал скульптор Б.М. Микешин. Глава церкви была покрыта золотой смальтой. В храм вели ворота со звонницей и мозаичной иконой Спаса Нерукотворного работы В.М. Васнецова. Через медные двери с рельефами (имитация древних дверей Рождественского собора в Суздале) молящийся входил в храм и видел в алтаре огромную мозаику «Спаситель, шествующий по водам», выполненную по эскизу художника Н.А. Бруни. (Отсюда и народное название храма — Спас-на-Водах.) Мозаики на столбах церкви — «Моление о чаше» и «Несение креста» — были изготовлены по рисункам В.М. Васнецова.

Иконостас, сделанный в древнем стиле из светло-серого резного камня, имел два яруса икон, созданных по образцам старинных в московской иконописной мастерской В.П. Гурьева. Большинство икон в иконостасе были копиями судовых икон русских военных кораблей Тихоокеанской эскадры. Особую ценность представляли иконы, спасенные с погибших кораблей — «Севастополя», «Варяга», «Ретвизана». Алтарную завесу заменял Андреевский флаг. Росписей в интерьере не было, только одну из стен украшала большая картина академика А.Н. Новооскольцева «Спаситель благословляет погибающих на крейсере «Светлана». Бронзовые паникадила в храме висели на якорных цепях. Дарохранительница из белого мрамора имела вид самого храма. Родственники погибших при Цусиме моряков жертвовали на его украшение Евангелие в филигранном окладе подарила княгиня С.М. Волконская (ее сына поглотила Цусима), хоругви — вдова адмирала З.П. Рожественского.