Первые письменные упоминания об этом храме относятся к первой четверти XVII века. Само собой разумеется, церковь тогда была деревянной. О строительстве каменного здания заговорили уже в начале XVIII века, но разрешение на его строительство было получено только в 1773 году. Ещё пять лет ушло на выбор места для строительства. Дело в том, что каменную церковь нельзя было построить на месте деревянной, потому что там был слишком маленький участок. После утверждения места под строительство прошло ещё четыре года. Каменный храм начали строить только в 1782 году, а построили спустя 22 года, то есть в 1804 году. Таким образом, с момента начала обсуждения о необходимости строительства каменного храма до его освящения прошло 90 лет. В советское время Ильинская церковь в Старице не закрывалась.