Budowla została wzniesiona z czerwonej cegły, którą na miejscu wyrabiał Niemiec sprowadzony z Górnego Śląska – Juliusz Karol Miller. Do postawienia fundamentów użyto ciosanych kamieni z Puszczy Białowieskiej. Bryłę świątyni zwieńczyły dwie kopuły. Jedna z nich była przeznaczona na dzwonnicę. Dzwon, o wadze 125 kg, był tak donośny, że w sprzyjających warunkach atmosferycznych jego głos niósł się aż na obrzeża Puszczy Białowieskiej. Z Petersburga sprowadzono ikonostas z chińskiej porcelany. Ostateczne prace wykończeniowe zamknięto w 1897, tuż przed wizytą w Białowieży następcy Aleksandra III, cara Mikołaja II.
W 1900 do parafii należało 2315 wiernych. Byli to potomkowie pierwszych mieszkańców Białowieży – Rusinów, dawnych osadników przybyłych na teren Puszczy Białowieskiej. W sierpniu 1915 prawosławną ludność Białowieży zmuszono do przesiedlenia w głąb Rosji (bieżeństwo). Równocześnie wywieziono większość wyposażenia cerkiewnego.
Podczas I wojny światowej spalił się jedynie dom psalmisty, sama cerkiew ocalała. W okresie dwudziestolecia międzywojennego wyremontowano świątynię, zakupiono nieduży dzwon.