Церковь была построена в начале XVIII века на месте более древней церкви, которая была разрушена в результате шведского нашествия на Россию в начале XVII века. В 1712 году на месте разрушенной церкви был построен новый храм – церковь Тихвинской иконы Божией Матери.
Каменная церковь Тихвинской иконы Божией Матери в Сенной Губе была возведена в 1848 году при содействии благотворительных пожертвований от местных жителей. Она заменила старую деревянную церковь Тихвинской иконы Божией Матери, которая была разобрана из-за своей ветхости.
Новая церковь была освящена 2 апреля 1850 года и стала одним из главных культурных и религиозных центров Карелии. Она была построена в стиле каменного барокко и состояла из одной главной и двух боковых частей, а также колокольни. Фасад здания был украшен декоративными элементами, такими как карнизы, пилястры и позолоченные кресты. Интерьер церкви был богато украшен иконами, фресками и статуями.
Однако в период советской власти, церковь Тихвинской иконы Божией Матери в Сенной Губе была закрыта и использовалась в качестве клуба. В 1929 году советскими и партийными органами с участием местного отделения Союза безбожников было проведено общее собрание по вопросу изъятия церквей у верующих и передаче их под клуб молодежи. В марте 1930 года зимняя церковь Тихвинской иконы Божией Матери была передана под клуб, а церковная жизнь была прекращена.
В советское время церковь использовалась в качестве клуба и была частично перестроена. Фрагменты оригинальных конструкций, стоек, раскосов и обшивки восьмерика, а также оригинальной кровли по бересте сохранились на чердаке до наших дней, укрытые обновленной крышей. В 1960-х годах здание было капитально отремонтировано с ликвидацией протечек в крыше, ремонтом и укреплением конструкций перекрытия, заделкой части оконных проемов и устройством двери с южной стороны.
В 2017 году, благодаря усилиям Фонда «Памятники Заонежья» и благословению митрополита Петрозаводского и Карельского, в церкви впервые за последние 80 лет прошла Божественная литургия. Однако архитектурный облик храма претерпел значительные изменения, включая разборку главок, восьмерика и купола. Часть оконных проемов была убрана, а оригинальные арочные проемы были перестроены под простые «клубные». Тем не менее, церковь Тихвинской иконы Божией Матери в Сенной Губе продолжает привлекать множество паломников и туристов.