Святая благоверная великая княгиня Анна родилась в конце XIII века, когда Русь стонала от проявления гнева Божия - страшного татарского нашествия. Ей, дочери Ростовского князя и супруге великого князя Михаила Тверского, предназначено было испить горькую чашу страданий и стать утешительницей горя народного, известной в истории как "Анна, Кашинская чудотворица". Канонизированная в царствование Алексея Михайловича 25 июня 1650 года, изъятая через 27 лет из числа русских святых в царствование Фёдора Алексеевича (в связи с обострением старообрядческого раскола, вдохновители которого использовали её имя в своих целях), княгиня Анна через 230 лет была вновь канонизирована в царствование Николая II в 1909 году. Это единственный случай двойной канонизации в истории Русской Церкви.

Проект храма в память рождения Его Императорского Высочества Наследника Цесаревича Великого князя Алексия Николаевича был заказан епархиальному архитектору А. П. Аплаксину (1879 – 1931). По проекту храм с часовней и колокольней, выходящими на Большой Сампсониевский проспект, соединялся своей северо-восточной частью с жилым флигелем во дворе и образовывал единый архитектурный комплекс подворья Кашинского Сретенского женского монастыря Тверской епархии.

Строительство двухэтажного храма с двумя престолами началось в сентябре 1907 года на месте Никольской часовни, сооруженной в 1894 году в память чудесного спасения будущего императора Николая II в Японии. Уже в ноябре 1907 года была освящена вновь построенная часовня. А в феврале 1908 года освящён нижний храм с престолом во имя Спаса Нерукотворного. После восстановления церковного почитания святой благоверной княгини Анны Кашинской главный престол храма освятили во имя Анны Кашинской. Верхний придел двухэтажного храма освятили в 1911 году во имя Святителя Христова Николая Чудотворца и во имя Святителя Алексия митрополита Московского, чудотворца.

Вновь построенные стройная ярусная колокольня, двухъярусная Никольская часовня, храм, жилой флигель с прилегающим к ним земельным участком в 2324 кв. м со службами, обнесенными каменной оградой, образовали на Выборгской стороне девичий скит.

Храм благоверной великой княгини Анны Кашинской относится к сооружениям неорусского стиля. В композиции и пропорциях объёмов, формирующих внешний облик храма, А. П. Аплаксин использовал прообразы древней новгородско-псковской архитектуры. В декоративно-художественное оформление фасадов включены элементы московско-ярославского зодчества - такие, как майолика и росписи, но в характерной для модерна трактовке. Майоликой, исполненной в мастерской П. К. Ваулина, был декорирован переход к луковичной главке на барабанах храма и колокольни. Росписи размещались в арочных нишах. Крыльцо главного входа, ныне утраченное, было оформлено в виде традиционного рундука с двойной аркой и гирькой, с купольным завершением, увенчанным императорской короной, что подчеркивало посвящение храма царской фамилии.

Ядром композиции является четырехстолпный храм с тремя полукруглыми алтарными апсидами. Симметрично от входа расположены часовня и колокольня. В храме Анны Кашинской были расположены один над другим три престола, что уникально не только для Петербурга, но и для всей России. Особенностью планировки является обращение главного алтаря и алтаря верхнего придела в общий объём церковного зала. Другой особенностью являются хоры, устроенные с четырех сторон кругом храма. На восточных хорах, ныне утраченных, и был освящен придел в честь царской фамилии, который ещё предстоит восстановить. Выделяясь таким образом среди других храмовых сооружений, храм Анны Кашинской является памятником архитектуры начала XX века.

Необычна судьба святой Анны Кашинской, канонизированной, деканонизированной и опять прославленной. Необычна и судьба храма, строящегося в память рождения Цесаревича Алексия, а построенного во имя Анны Кашинской.

После 1917 года храм был зарегистрирован как приходской, а после 1933 года закрыт и подготовлен к уничтожению. Наиболее почитаемые иконы святой Анны Кашинской и Черниговской Божией Матери переданы в Сампсониевский собор. Майоликовый фриз С. В. Чехонина, выполненный в керамической мастерской П. К. Ваулина, демонтирован и ныне находится в Музее истории города. Началось разграбление церковного имущества. Но волею Божией храм великих князей российских был сохранён для России. С 1939 по 1994 год в нем размещались мастерские изокомбината. Два последних из них года храм стоял в запустении, а 15 марта 1994 года был возвращен С.-Петербургской Епархии в аварийном состоянии: без куполов и крестов, с выбитыми стеклами, без электричества, с выведенными из строя инженерными системами, с затопленным нижним храмом. В таком виде храм был передан Введено-Оятскому женскому монастырю, подворьем которого он ныне и является.

С 1995 года в храме проводятся восстановительные работы: были разобраны поздние перекрытия и колонны, цементные полы, демонтированы лифт и санузлы в алтаре, приведена в порядок кровля, восстановлены деревянные полы, заново смонтировано центральное отопление, завершены работы по восстановлению глав на барабанах храма, колокольни и часовни. 21 ноября 1996 года в день празднования Собора Архистратига Михаила над храмом был установлен последний из трёх ранее поднятых крестов. С октября 1997 года к разработке проекта реставрации храма привлечен институт "Ленпроектреставрация". Под руководством главного архитектора проекта А. Г. Леонтьева восстановлены алтарная часть храма, заканчивается полная реставрация Никольской часовни.

Святынями храма ныне являются выполненный в период с 1996 по 1999 год запрестольный витраж "Богоматерь Оранта - Великая Панагия" (художник В. Таракановский); икона святой Анны Кашинской с частицей её мощей, принесённая в дар храму; Софринская икона Архистратига Михаила, мироточившая две недели, начиная с молебна в день Собора арх. Михаила в 1997 году.

Дальнейшее восстановление храма требует крупных капитальных вложений и помощи администрации города. Речь идет прежде всего об осушении находящегося в аварийном состоянии нижнего храма во имя Спаса Нерукотворного и восстановлении его в первоначальном виде.

В 1995 году на Рождество Христово в ледяном храме была совершена первая после шестидесятилетнего перерыва литургия. С 1997 года были возобновлены литургии по воскресным дням. В храме совершаются таинство крещения, молебны о здравии и панихиды по усопшим.