Die Kirche in ihrer heutigen Erscheinung wurde im Jahre 1873 nach dem 3. Stadtbrand im Jahre 1869 erbaut. Damals wurde zugleich der Markt neu angelegt. Die Geschichte der Kirche ist eng verbunden mit der Geschichte der Stadt Frauenstein.

Die älteste Ansiedlung der Stadt Frauenstein erfolgte unterhalb der Burg. Später wurde die Stadt zwischen Schloss- und Sandberg angelegt. Die älteste Stadtkirche Frauensteins wurde 1491 geweiht. An der Sakristei befindet sich ein Stein mit dieser Jahreszahl und erinnert noch heute an dieses Ereignis. 1534 zerstörte der 1. Stadtbrand diese Kirche. An gleicher Stelle wurde eine neue errichtet.
 
Frauensteins berühmter Sohn Gottfried Silbermann stammte aus Kleinbobritzsch (unterhalb von Frauenstein) und wurde am 16. Januar 1683 in dieser Kirche getauft. Er starb im Jahre 1753 in Dresden. Seine erste Orgel nach der Lehrzeit baute Gottfried Silbermann 1711 für seine Frauensteiner Heimatkirche.

1728 wütete der 2. Stadtbrand und zerstörte auch diese Kirche. Alle Kostbarkeiten, Silbermanns Orgel, Gemälde, Figuren und Altargeräte fielen den Flammen zum Opfer. Für die neuerrichtete Kirche übergab Gottfried Silbermann 1738 der Gemeinde eine zweite Orgel zur Einweihung.

Unvergessen bleibt jedoch die Nacht vom 2. auf den 3. Oktober 1869, als gegen Mitternacht die Stadt zum 3. Male brannte. Nur die Grundmauern der Kirche trotzten dem Feuer. Eine Gedenktafel außen an der Kirche erinnert an dieses schreckliche Ereignis. Nach dem letzten Stadtbrand erbaute man die Kirche von 1871-1873 auf den alten Grundmauern nach Plänen von Oberlandbaumeister Hänel aus Dresden unter der Leitung von Amtsmaurermeister Lommatzsch und dem Frauensteiner Amtszimmermeister Karl Louis Hermann. Die Kirche wurde am 3. Oktober 1873 eingeweiht. Von 1989 bis 1998 wurde die Kirche grundlegend restauriert. Die heutige Orgel wurde von der Orgelbaufirma Urban Kreutzbach aus Borna gebaut.
Im Kirchturm befinden sich seit 1952 drei Eisenhartguss-Glocken. Das ursprüngliche vierstimmige Bronzegeläut wurde bis auf die kleine Glocke im 2. Weltkrieg zu Rüstungszwecken beschlagnahmt und eingeschmolzen. Auf der großen Glocke steht das Wort aus Jeremia 22,29 "O Land, Land, Land, höre des Herrn Wort!" Das Geläut wurde 1987 elektrifiziert. Gegenwärtig steht der Kirchgemeinde die Erneuerung des Geläuts und die Sanierung des Turmes als große Aufgabe bevor.

Die Kirchturmuhr mit drei großen Zifferblättern entstammt der Leipziger Uhrmacherwerkstatt Zachariä und trägt die Nummer 174. Die Firma lieferte einst bis nach Petersburg. Die Uhr hat noch ihr ursprüngliches mechanisches Werk. Sowohl Uhr als auch Schlagwerk (viertelstündlich) muss jeden Tag per Hand aufgezogen werden.

Die Orgel wurde von der Orgelbaufirma Richard Kreutzbach aus Borna im Jahr 1873 mit zwei Manualen, Pedal und 30 klingenden Registern erbaut und hat ein romantisches Klangbild. Diese Werkstatt bei Leipzig war zu jener Zeit eine der leistungsfähigsten in Sachsen. Im Jahr 2008 wurde die Orgel sehr umfangreich durch die Orgelbaufirma Eule aus Bautzen restauriert. Der Kanzelaltar (Altar und Kanzel bilden eine Einheit) ist das Werk des Frauensteiner Kunsttischlers Dietrich. Das Altarbild zeigt Jesus als Auferstandenen mit den Nägelmalen und segnenden Händen. Die Figurengruppe auf dem Altar ist eine Lindenholz-Schnitzarbeit aus dem 16. Jahrhundert. Sie zeigt Jesus mit Maria und Johannes.

Die weitere Innenausstattung der Kirche enthält Motive der griechischen Mythologie und illusionistische Elemente. Bei der Restaurierung wurde die ursprüngliche Bemalung der Decke über dem Altar freigelegt und restauriert. Der Taufstein ist aus Zöblitzer Serpentin gearbeitet. Taufstein sowie die zinnerne Taufschale und Taufkanne sind Weihegeschenke. Die beiden Ölgemälde des Malers Emil Sachse neben dem Altar sind ebenfalls Weihegeschenke. Sie zeigen Mose mit den Gesetzestafeln (l.) und Johannes den Täufer (r.). Der prächtige Kerzenkronleuchter aus Messing, gefertigt in altflämischer Art, wurde 1895 gestiftet. Ein besonderes Augenmerk verdienen die 1903 eingesetzten Bleiglasfenster im Altarraum.

Unterhalb der Burgruine entstand im 12. Jahrhundert der Ort Frauenstein. Im Jahre 1384 stiftete Burgraf Berthold von Meißen "seinem Städtchen Vrowinstein" die Kapelle "zum heiligen Kreuz".
Im Jahre 1491 wurde die auf dem Marktplatz befindliche "kürchen vnser leben frawen" als Stadtkirche geweiht, seitdem hatte die alte Kapelle nur noch niederen Status als Begräbniskapelle. Schon 1569 wurde die Capelle des Heiligen Kreuzes als "fast eingegangen" (baufällig) beschrieben.
Glücklicherweise wurde das Gebäude jedoch 1616 von Grund auf erneuert und erhielt damit seine heutige Gestalt. Alte Mauerwerke im hinteren Bereich der Kapelle sind während der Bauarbeiten zur Sanierung sichtbar geworden. Wahrscheinlich wurde die Kapelle zu diesem Zeitpunkt nach vorn hin erweitert, sie erhielt ein Schindeldach und Dachreiter.
Im Laufe des 30-jährigen Krieges (1618-1648) wurde die Stadt und auch die Kapelle mehrfach geplündert und verwüstet, so dass der Altar und die Inneneinrichtung nicht mehr zu gebrauchen war.
Der langjährige Bürgermeister Caspar Fuhrmann, von Beruf Seiler, stiftete 1648 den heute noch vorhandenen Kanzelaltar, der wahrscheinlich im Laufe der Jahrhunderte mehrere Umbauten erlebt hat.
Auch die Emporen erzählen eine stufenweise Baugeschichte: Nach der Analyse der Balken stammen die drei Teile der Emporen aus jeweils unterschiedlichen Zeiten.
In den 50er und erneut in den 80er Jahren des 20.Jahrhunderts wurde die Kapelle durch ehrenamtliche Helfer mit viel mühseliger Arbeit und geringen finanziellen Mitteln instand gehalten. Bis in die 60er Jahre wurde sie als Trauerfeierhalle und zu Wochenschlussandachten genutzt. Danach war der Zutritt wegen der fortschreitenden Baufälligkeit nicht mehr möglich oder verantwortbar. 
Seit der Sanierung im Jahre 2012 steht sie als öffentliche Trauerfeierhalle allen Bürgerinnen und Bürgern der Stadt zur Verfügung.