Сама Матерь Божья указала матушке Александре построить новую каменную церковь именно в честь Казанской иконы на том месте, где Она явилась матушке Александре. Строительство началось в 1773 году. Матушка сама участвовала не только в распоряжениях, но и во всех работах. Камень добывали на берегу реки. В 1779 году матушка Александра привезла из Казани точный список с чудотворной иконы Казанской Божьей Матери, из Киева — частицы святых мощей, из Москвы — колокола и необходимую церковную утварь. В начале 1780 года строитель Пахомий освятил церковь. В каменном храме, как и в деревянном, левый придел был освящен в честь святого Николая.
Новая каменная церковь была приходской, однако Серафим Саровский запрещал сестрам обители называть Казанскую церковь приходской, говоря, что со временем это будет теплый монастырский собор со множеством пристроек и приделов, наподобие Иерусалимского храма. Относительно Казанской церкви Батюшка Серафим говорил: «Казанская церковь, радость моя, такой будет храм, какого и нет подобного! При светопреставлении вся земля сгорит, радость моя, и ничего не останется. Только три церкви со всего света будут взяты целиком на небо: одна-то в Киевской Лавре, другая... (сестрами забылось), а третья-то ваша Казанская, матушка. Вот, какая она Казанская-то церковь у вас! Это место, освященное подвигами матушки Александры и прочих, взойдет в этот храм, а теперешняя-то церковь останется лишь как бы ядрышком».
После закрытия храма в 1940 году, купол и колокольня были разрушены, долгое время в церкви размещался склад. В 1992 году Казанская церковь была передана монастырю. Весной 2003 года приступили к ремонту храма и восстановлению колокольни и купола. 31 октября 2003 года состоялось торжественное водружение креста на вновь построенную колокольню, а 24 декабря — на купол Казанской церкви. Были отреставрированы сохранившиеся росписи храма, а также созданы новые композиции, отражающие события истории Дивеевской обители. 31 июля 2004 года, накануне дня 250-летия со дня рождения преподобного Серафима, состоялось торжественное освящение главного престола Казанской церкви.
