В начале сентября 1852 года казаки Полтавской станицы на своем сходе приняли важное решение — построить молитвенный дом за собственные средства. Для этого они выделили 100 бревен из Джабык-Карагайского бора. Часовня была «освидетельствована» правлением 5-го полка. В акте, составленном в связи с этим, отмечалось, что она расположена на самом высоком месте, на площади, окруженной домами, расстояние до которых составило 30-35 саженей. Часовня была весьма вместительной, теплой и украшенной иконами, которые могли сформировать иконостас. Историко-краеведческий музей сообщает, что в 1861 году деревянная церковь с колокольней была возведена за средства полтавских жителей.
8 июля 1861 года, в день явления Казанской чудотворной иконы Божьей Матери в Казани, в Полтавском посёлке состоялось освидетельствование вновь построенного храма. Это важное событие проходило под наблюдением войскового архитектора Реймерса и командира 7-го полка подполковника Деменева, а также доверенных лиц от полтавских жителей. После освидетельствования новый храм еще около четырех месяцев доводился до полной готовности. Освящение Полтавской церкви состоялось 18 ноября (по старому стилю) 1861 года, и храм был назван в честь Казанской иконы Божьей Матери.
Деревянный храм прослужил около тридцати лет. Однако 6 июня (по старому стилю) 1891 года произошло страшное бедствие — сильнейший пожар уничтожил весь Полтавский посёлок, включая храм и всю церковную утварь, имущество и архив. После этого трагического события последовала засуха, затронувшая Оренбургскую губернию и многие другие регионы России, а затем и сильный голод.
В связи с возникшей ситуацией в Полтавском приходе было открыто церковное попечительство в декабре 1891 года. По настоянию Оренбургского епархиального начальства в голодном 1891 году начали повсеместно открываться церковно-приходские попечительства, чтобы помочь людям выжить в трудные годы. После восстановления жилых домов полтавчане, проявляя мужество, начали собирать пожертвования для строительства нового каменного храма.