Храм (первоначально освященный в честь Тихона Задонского) был заложен в 1907 году по проекту архитектора В. О. Шервуда в стиле русского модерна и стилизован под древнерусское зодчество XVI века (московская и новгородская школы),
Закладка храма состоялась в память об избавлении Николая II от смерти в ходе неудавшегося покушения на него в Японии в 1891 году.
Церковь возведена и освящена в 1909 году. К ней также был приписан Тихоновский тюремный храм, находившийся к Клинском тюремном замке.
Храмовый комплекс состоял из собственно храма, граненой апсиды с востока, трапезной с невысокими крыльцами, притворами с севера и юга, и колокольни с запада.
Первым настоятелем церкви стал отец Сергий Щадров, с 1916 года - отец Феодор (Вознесенский), а в последние предреволюционные месяцы - протоиерей Владимир Востоков.
В 1918 году, после антибольшевистского Клинского восстания, был расстрелян без суда ктитор храма купец Сергий Воронков.
В 1924 году церковь была закрыта, ее колокольня разрушена. Престол, утварь и иконы были перенесены в другие храмы.
В 1930 годы в здании церкви располагался завод химической посуды, а в 1960 годы - склад. К концу 1970 годов здание храма находилось в полуразрушенном состоянии, отсутствовали барабан с главой и крестом и декоративные кокошники с четверика церкви; были разобраны шатер с главой и крестом, почти полностью разобраны притворы и пол, выломан иконостас с оставшимися иконами, вся настенная живопись утрачена, дверные проемы заложены, от крыши остались лишь фрагменты.
В 1980 годы было принято решение об окончательном снесении храма, не выполненное из-за нехватки рабочей силы.
10 апреля 1990 года в ответ на многочисленные просьбы прихожан здание церкви было передано Приходскому собранию храма святителя Тихона.
В этом же году, по благословению правящего архиерея, митрополита Ювеналия было совершено первое после закрытия освящение храма и начато его восстановление.
С 1991 году при храме открыт духовно-миссионерский центр, организовано Свято-Тихоновское братство, начал свою работу Православный Свято-Тихоновский Богословский институт. С 1992 по 1996 год выходила первая православная газета Клина «Ковчег». Прихожане храма опекают местную общину слабослышащих.
В 1992 году, после обретения мощей святителя Тихона, Патриарха Московского, храм был освящен в его честь.
В 1995 году в Тихоновской церкви освящен второй престол, в честь святого. Филарета, Митрополита Московского. В этом же году завершена реставрация храма.