1888 m. gruodžio 5 d. Rusijos caras Mažeikių centre, dabartinėje Laisvės gatvėje tarp gimnazijos ir savivaldybės pastatų, paskyrė žemės sklypą cerkvinės mokyklos statybai. 1894 m. buvo atidaryta stačiatikių cerkvė ir mokykla. Lapkričio 25 d. cerkvė pašventinta Šventosios Dvasios vardu. Statybos reikalais rūpinosi Telšių stačiatikių šventikas Gaurilas Zasimovičius. Lėšų šiai statybai skyrė Peterburgo pirklys I.S. Kručkovas, Kronštato pirklys I.A. Kozlovskis ir vietiniai stačiatikiai. Cerkvė pastatyta ant akmeninių pamatų su varpine ir prieangiu. Stogas dengtas skarda. Cerkvinę mokyklą pradėjo lankyti Mažeikių mieste ir apylinkėse gyvenusių rusų bei kitų tautybių, o taip pat ir geležinkelio tarnyboje dirbusių lietuvių vaikai. 1898 m. cerkvės seniūnu buvo Mažeikių geležinkelio stoties viršininko pavaduotojas Nikolaj Fiodorovič Malcev. 1899 m. šias pareigas pradėjo eiti geležinkelio stoties vyresnysis telegrafistas Nikolaj Vasiljevič Mate...oč. Atrado, religinėms pareigoms atlikti atsiuntė Viekšnių stačiatikių cerkvės šventiką. 1905 m. cerkvė buvo nudažyta mėlynai. Prasidėjus pirmajam pasauliniam karui, daugumai rusų tautybės žmonių persikėlus gyventi į Rusiją, mokykla buvo uždaryta. Kaizerinės Vokietijos kariuomenė, užėmusi Mažeikius, cerkvėje įrengė arklides.

1929 m. stačiatikių bendruomenėje buvo apie 300 tikinčiųjų. Naujos cerkvės statybai stačiatikių bendruomenė sukaupė per 12000 litų. Vyriausybė nemokamai paskyrė žemės sklypą ir 5000 litų. Cerkvės komitetas buvo sukaupęs statybinės medienos. Ją pardavus buvo gauta apie 5000 litų. 1929 m. architektas kaunietis V.Kopylovas parengė dabartinės cerkvės projektą. Gegužės 13 d. buvo gautas leidimas cerkvės statybai Nepriklausomybės gatvėje (dabar - Respublikos g.). Statyba vyko sparčiai, nes jau 1930 m. liepos 30 d. Cerkvės bendruomenės komitetas įpareigojo Anastaziją Semionovną Korženeckają iš Alytaus stačiatikių cerkvės, suderinus su valstybės karo ministerija, pargabenti šventas ikonas ir kitus kulto reikmenis. Cerkvės statyba ir įrengimu rūpinosi šventikas Aleksandras Družilovskis, statybos komiteto nariai S.Tomanov, Vladas Burba ir Jekaterina Burbienė. Cerkvė pradėjo veikti 1931 metais, ji pavadinta Dievo Motinos Dangun ėmimo cerkve. Prieškario metais cerkvė buvo gausiai lankoma, turėjo didelį chorą. Susivieniję Viekšnių ir Mažeikių cerkvių chorai 1936 m. rugpjūčio 16 ir 23 dienomis surengė viešus koncertus. Jungtiniam chorui vadovavo Kauno stačiatikių eparchijos choro vadovas I.F.Petrov. Buvo atliekamos religinio ir pasaulietinio turinio giesmės ir dainos. Įvyko ypatingai iškilmingi atlaidai Kauno stačiatikių cerkvės Metropolito veiklos 25-mečiui pažymėti. Buvo suburta šv.Sergiejaus Radonež seserija. Ji rūpinosi senelių ir beglobių vaikų priežiūra. Tą patį 1936 metų rudenį Viekšnių ir Mažeikių cerkvėse lankėsi Amerikos lietuvių bendruomenės vyskupas Steponas Giniotis. Kartą per metus cerkvėje lankydavosi Kauno stačiatikių eparchijos Metropolitas.

Dauguma Mažeikių rusakalbių gyventojų buvo tikintys ir gausiai lankėsi cerkvėje. Per Antrąjį pasaulinį karą cerkvė stipriai nenukentėjo. 1947 m. oficialiai buvo įregistruota stačiatikių parapija. Pokariu šventikai keitėsi, tikinčiųjų skaičius nuolat mažėjo. Tik atkūrus Lietuvos nepriklausomybę cerkvė atgijo. Kiekvieną sekmadienį rytais čia laikomos mišios, krikštijami vaikai, vyksta laidotuvių apeigos, visos stačiatikių religinės šventės. Iš Telšių kas sekmadienį atvyksta šventikas Nestoras. Prie cerkvės veikia rusų sekmadieninė mokyklėlė, kurioje vaikai ruošiami cerkvės šventėms, supažindinami su cerkvės istorija, papročiais, tradicijomis, mokosi tarnauti Mišioms. Cerkvės chorui vadovauja regentė Margarita Mašina, Lietuvos muzikos akademijos magistrė. Prie cerkvės yra nedidelė špitolė, kurioje yra nedidelė bibliotekėlė. Dabar vadovauja Anisa Dauskurtienė. Be choro prie cerkvės, rusų bendruomenė yra subūrusi dainuojančių mokytojų kolektyvą, kuris pasirodo įvairių švenčių, išvykų metu.