Поселок Сосновка был основан в 1640 году, через несколько лет после строительства тамбовской крепости, выходцами из Скопинского, Шацкого, Рязанского и других русских уездов. В конце XVIII века император Павел I пожаловал большую часть села генералу от инфантерии Христофору Ивановичу Бенкендорфу, другую — камер-юнкеру князю Ивану Сергеевичу Голицыну.

В 1836 году владелец части Сосновки Иван Голицын возвел кирпичную церковь в традициях классицизма во имя Воздвижения Креста Господня: с пятью главами, портиками над входами с трех сторон, с двумя престолами. Над западным притвором была установлена четырехъярусная колокольня.

Здание храма, отчасти напоминающее европейский собор, благодаря зауженной колокольне и барабанам малых главок, отличается обилием пространства и света. Это, практически, единственное крупное историческое здание Сосновки. В советские годы храм был закрыт и превращен в кинотеатр.

В 1991 году после многолетнего перерыва в Крестовоздвиженской церкви возобновились богослужения. В наши дни храм имеет современный интерьер, часть старинного убранства и стены пострадали при пожаре в 2003 году.