Согласно легенде, на месте будущей церкви Екатерина Великая получила известие о победе флота в Чесменской битве в русско-турецкой войне 1768-1774 годов. В честь знаменитого сражения святыня и получила свое имя.
Храм выполнен в псевдоготическом стиле, в советское время церковь, как и многие другие религиозные здания, использовалась как склад, архив или мастерские, потом стала военно-морским музеем, а с 1994 года там вновь стали проводить богослужения.