К середине XVIII столетия Иркутск стал настолько богатым городом, что по праву оспаривал у Тобольска звание сибирской столицы. Многочисленные каменные постройки, созданные в городе в эту пору, привели к сложению особой местной архитектурной школы, разрабатывавшей одно из направлений сибирского барокко. Венцом, непревзойденным шедевром этого «иркутского барокко» стала Крестовоздвиженская церковь – одна из лучших (если не самая лучшая) церквей Сибири.

О храмах, подобных Крестовоздвиженскому, академик И. Э. Грабарь писал: «Виртуозность отделки храма при сравнительно скудных средствах поистине изумительна. Обтесывая и укладывая кирпич и впрямь и вкось, вытесывая колонки и балясы и устраивая хитро сплетенные карнизы, зодчие достигали поразительного эффекта, когда кирпичные узоры давали впечатление богатых тканей и хитро вытканных ковров». «Хитро вытканный ковер» представляют собой и стены Крестовоздвиженской церкви, где, по словам Грабаря, «наивное сочетание отголосков Москвы и Украины причудливо сплелось в густой узорчатый ковер, с своеобразным привкусом соседнего Востока».

Первая деревянная церковь на Крестовой горе была сооружена в 1718 году. Освящал храм сибирский митрополит Филофей Лещинский, приехавший из Тобольска. Спустя почти четверть века на месте старой деревянной церкви была заложена новая, каменная, средства на строительство которой пожертвовал иркутский «посадский человек» И. Ф. Амосов. Каменная Крестовоздвиженская церковь строилась с 1747 года по 1760 год. В 1747–1758 годах было сооружено основное здание храма, в 1774–1779 годах его дополнили северным приделом. Спустя сто лет, в 1860 году, к храму пристроили паперть, несколько исказившую первоначальный вид церкви. Прежде на этом месте стояло традиционное для иркутских храмов XVIII столетия каменное крыльцо с высоким маршевым всходом, перекрытым крутой односкатной кровлей. До 1950 года в церкви сохранялись уникальные слюдяные оконницы, но их заменили на обычное стекло. Храм окружает изящная ограда 150×50 метров, оформленная в стиле барокко.

Благодаря удачному местоположению Крестовоздвиженская церковь стала одной из главных архитектурных доминант Иркутска, успешно соперничая в этом отношении с прочими городскими храмами. Облик церкви весьма своеобразен, хотя ей присущ ряд черт, общих для всех сибирских храмов конца XVII–XVIII веков: в ее композиции ощутимо влияние устюжской школы, а грушевидные купола напоминают о мотивах украинского барокко. Характерной же и главной особенностью служит каменное кружево, покрывающее стены Крестовоздвиженского храма. Богатый орнамент, созданный различными комбинациями геометрических фигур, заполняет все поле стен, почти не оставляя свободных мест. В сложнейший каменный узор вплетаются и многоступенчатые наличники окон и порталов, глубоко вдавленные в толщу стены и многократно изогнутые, и широкие подкарнизные пояса. Особенным своеобразием отличаются рельефы на лопатках и между окон. Они выступают главным звеном настенных композиций и служат своеобразной эмблемой сибирского барокко. Известный русский искусствовед Г. К. Лукомский восхищенно писал: «Плетение, как кружево, стелющееся по карнизу, вдоль столбов, между окнами, составляющее обрамление этих окон, у цоколя, – покрывает всю церковь, перекрытую барочными, очень странного силуэта куполами. Лишь церкви Соликамска да Сольвычегодска могут сравняться с этим храмом по богатству фантазии и прелести выполнения узорчатых деталей». В каменном убранстве Крестовоздвиженской церкви отчетливо присутствуют монгольские и бурятские мотивы – воистину, «своеобразный привкус соседнего Востока!»

Среди барочных храмов Иркутска Крестовоздвиженская церковь по времени – самая первая. Мотивы ее декоративного убранства получили новое осмысление и преломление в последующих памятниках культового зодчества Иркутска, в результате чего родился очень своеобразный местный вариант сибирского барокко. Церковь, одна из самых ранних барочных построек Иркутска, стала образцом для подражания, тем «золотым фондом», из которого мастера черпали сюжеты для других построек – случай весьма редкий в сибирской архитектуре, которая чаще всего искала прообразы в Европейской России. Мотивы убранства Крестовоздвиженской церкви можно встретить на стенах собора Посольского Спасо-Преображенского монастыря на Байкале, в других, более поздних по времени церквях Иркутска.

В интерьере храма сохранились три иконостаса: главный и два придельных. Главный иконостас, сооруженный в XVIII столетии, является единственным в своем роде. Его покрывает мелкая орнаментальная резьба, создающая эффект, известный под названием «золотая кожа». Из 650 икон, находящихся в церкви, 400 признано художественно ценными. Большинство их относится к XVIII веку, хотя есть и несколько старинных икон XVII столетия.

Интерес к необычной церкви исследователи проявили еще в XIX столетии. В 1887 году Императорская археологическая комиссия включила Крестовоздвиженскую церковь в Свод памятников отечественной старины. Тогда же протоиереем Г. Можаровым была составлена метрика на церковь, как на памятник архитектуры. В первые годы советской власти храм был поставлен на учет как памятник архитектуры высшей категории. В 1933 году церковь была закрыта и обращена в антирелигиозный музей; во многом благодаря этому ее внутреннее убранство, включая знаменитые иконостасы, сохранилось до наших дней. В 1943 году храм вернули верующим, а в 1960 году он был объявлен памятником федерального значения.