Первые упоминания о церкви иконы Божией Матери "Знамение" в Тихвине относятся к 1583 и 1590 годам.
В это время были построены две деревянные церкви во имя «Флора и Лавра» и «Знаменская». Погост, где они стояли, назывался Флоровским. В 1613 году шведы сожгли Тихвинский посад, сгорели тогда эти церкви или нет, неизвестно.
В 1700 году точное воспроизведение церкви "Флора и Лавра” выстроено в Минецком погосте тихвинскими плотниками Гаврилой, Михаилом Родионовым, Иваном Павловым и Борисом Наумовым.
В начале XVIII века начинается строительство каменной церкви уцелевшими в долголетнем шведском плену тихвинцами, которые дали обет по возвращении выстроить каменный храм. Для этого было получено особое разрешение Петра I, поскольку в это время было запрещено каменное строительство. Бывшие пленные построили каменную Знаменскую церковь. С годами церковь иконы Божией Матери "Знамение" в Тихвине ветшала и в 1832 году она была перестроена тихвинским купцом Михаилом Стефановым Горелухским. В этом виде церковь сохранилась до нашего времени.
В конце 20-х годов XX столетия Знаменскую церковь закрыли. В это время в Знаменской церкви служил священником отец Александр Ерофеевич Саульский, в 1934 арестованный и сосланный на Дальний Восток.
В 1938 он был расстрелян в тюрьме города Благовещенска. В 2000 причислен к лику святых как священномученик.
После закрытия церкви иконы Божией Матери "Знамение" в Тихвине несколько лет она пустовала. В начале 1930-х годов с церкви сняли колокола, сломали маковку, уничтожили церковную утварь.
Bo время Великой Отечественной войны в храме был размещен отдельный ремонтно-восстановительный батальон автомобилей и танков.
Зимой 1941 года солдаты обогревались открытым огнем, жгли костры в самой церкви.
После войны в храме долгое время была городская мельница.
Позже находился склад кондитерской фабрики им. Самойлова.
Выглядела в это время церковь плачевно: на кровле росли деревца, на колокольне - остатки пулеметного гнезда.
По решению горисполкома, в 1989 году фабрику им. Самойлова обязали передать здание церкви (склада) Тихвинскому приходу. Начались ремонтные работы.
24 марта 1991 года храм был освящен благословением митрополита Санкт-Петербургского Иоанна.
С тех пор в храме регулярно ведутся Богослужения, совершаются требы.
Под куполом храма изображен Бог Саваоф, благословляющий обеими руками. На его коленях младенец Иисус, держащий хартию, с надписью "ЛОГОС" (слово), на груди голубь - символ Святого Духа. Надпись на иврите означает «СУЩИЙ». Это редкое для православной иконографической традиции изображение Святой Троицы, именуемое "Отечество".
Особо чтимый образ в храме - икона Божией Матери "Знамение".
В 2012 году для поклонения православных христиан в Знаменский храм были вынесены мощи Дивеевских жен: преподобных Александры (первоначальницы Дивеевского монастыря), Елены, Марфы и блаженных: Параскевы, Пелагии и Марии.
До этого мощи святых жен хранились в алтаре храма.
На внешней стене церкви иконы Божией Матери "Знамение" в Тихвине находятся фрески с изображением:
Святой равноапостольной царицы Елены
Святого равноапостольного князя Константина
Святой равноапостольной княгини Ольги
Святого равноапостольного князя Владимира
Придел святых великомучеников Флора и Лавра ныне не существует.