Наиболее раннее упоминание о Власиевской церкви выявлено в писцовой книге города Вологды 1627/28 г.: «За речкою за Содемкою во Власьевской улице… церковь священномученика Власея Севастийского древяна клецки» (см. список с писцовой книги города Вологды, сделанный в 1629 г., с. 129). В переписной книге Вологды 1646 г. Власиевская церковь описана подробнее: «древяна вверх, клинчатая». В те времена место, где стоит Власиевская церковь, относилось к пригородному селу Обухову.
Строительство каменной церкви, по данным протопопа Стефана Иоаннова, началось в 1710 г. (ВГИАХМЗ. Ф.2. Оп.1. Д.73. Л.120). В клировых ведомостях освящение храма датировано 1714 г.: «Церковь построена тщанием прихожан и освящена в 1714 году, как говорит предание, а достоверных сведений на то нет» (ГАВО. Ф.1063. Оп.9. Д.18. Л.3). Стефан приводит другую дату – 1724 г. Возможно, источники сохранили даты освящения холодного и теплого храмов. Церковь дала название Власьевской улице, меридиональное направление которой, согласно регулярному плану Вологды 1781 г., было лишь слегка изменено. По воле проектировщика здание оказалось на перекрестке двух улиц: Власьевской (с 1934 года – Челюскинцев) и Малой Обуховской (с 1936 г. – Кирова).
Холодный храм Власиевской церкви был освящен в честь иконы Божией Матери «Донская». В теплом были устроены приделы: на правой стороне – во имя Святителя Николая Мирликийского, на левой – во имя священномученика Власия, епископа Севастийского. Четвертый придел находился в паперти и был освящен во имя преподобных Симеона Столпника и Алексия, человека Божиего.
Приход храма был одним из самых больших в Вологде. В 1818 г. в нем насчитывалось около 600 человек. В этом приходе проживал Николай Матвеевич Рынин (1777–1837) – вологодский юродивый, местночтимый святой (канонизирован в 1988 г. под именем Николая Вологодского, над его могилой на Богородском кладбище действует часовня). Во Власиевской церкви 50 лет служил протоиерей Александр Адрианович Авдуевский (1825–1900): в 1898 г. прихожане отмечали 50-летний юбилей служения своего настоятеля.
Постановлением Вологодского губисполкома 16 июля 1929 г. церковь Власия, епископа Севастийского, была закрыта. В здании храма разместился хлебозавод.