Pareizticīgo draudze Valmierā izveidojās 19. gadsimta 20. gados, kad pilsētā apmetās daudz krievu tirgoņu, amatnieku un karavīru. Sv. Radoņežas Sergija pareizticīgo baznīca ir celta no 1877. līdz 1878. gadam, un tās autors, tāpat kā vairākām citām Vidzemē un Igaunijas dienvidu daļā uzceltajām baznīcām, ir pirmais akadēmiski izglītotais latviešu arhitekts Jānis Frīdrihs Baumanis (1834-1891).
Sv. Radoņežas Sergija pareizticīgo baznīca ir interesanti būvēta no plēstiem pelēkajiem laukakmeņiem un sarkaniem vietējā ražojuma ķieģeļiem, kuri veido dzegas, ēku stūrus un karnīzes.
Pie baznīcas atrodas vācbaltiešu muižnieku Mengdenu dzimtas greznā kapliča, kas celta 1903. gadā.