В монастыре Варсонофий прославился своей добродетельной жизнью и в 1544 году митрополитом Макарием был назначен игуменом Никольского Песношского монастыря. В 1553 году монастырь посетил царь Иван IV и обратил внимание на талантливого игумена, знавшего татарский язык. В 1555 году была образована Казанская епархия; по царскому указанию Варсонофия возвели в сан архимандрита и вместе с Гурием и Германом направили на обустройство новой епархии.
В Казани в 1557 году был основан Спасо-Преображенский монастырь, и Варсонофий возвел в нем первый храм – каменную церковь святителя Николая Чудотворца, а позднее и Преображенский монастырский собор. К 1565 году число насельников обители достигло 100 человек.
Варсонофий, зная татарский язык и обычаи этого народа, вел миссионерскую деятельность. Он тайно носил вериги и почитался как способный врачевать телесные недуги, чем привлекал к себе много местных жителей, которые после его проповеди принимали христианство.
В 1563 году скончался первый Казанский архиерей Гурий, его отпевание совершил Варсонофий, а новым епископом был избран святитель Герман. В 1567 году после смерти Тверского епископа Акакия архимандрит Варсонофий в Москве был рукоположен во епископа Тверского и Кашинского.
В период своего архиерейства Варсонофий продолжал жизнь аскета, по ночам молился, шил клобуки. В 1570 году вернулся в Казань и поселился на покое в Спасо-Преображенском монастыре (в литературе XIX столетия сообщается, что там он принял великую схиму, но первое его житие XVI века об этом факте не упоминает). Скончался 11 апреля 1576 года и был погребен архиепископом Казанским Тихоном рядом со святителем Гурием у алтаря Преображенского собора монастыря.
Святители Гурий и Варсонофий были канонизированы по указу патриарха Иова. Первое их житие составил патриарх Гермоген, а текст службы святым написал Димитрий Ростовский. Мощи святителя Варсонофия до 1918 года находились в Преображенском соборе, а затем были перенесены в Казанский Богородицкий монастырь, закрытый в 1929 году. С этого времени местонахождение мощей остается неизвестным, в Национальном музее республики Татарстан сохранились только детали раки, где они находились.
Храм во имя святителя Варсонофия, Казанского чудотворца построен в 1901 году при больнице для слепых. В 1918 году храм закрыли. В марте 2010 года Варсонофьевская церковь была передана Казанской епархии. 25 сентября того же года в храме было совершено первое после почти столетнего перерыва богослужение.
В свое время средства на строительство Варсонофьевской церкви пожертвовал крупный казанский фабрикант и заводчик, мануфактур-советник, потомственный почетный гражданин Иван Иванович Алафузов. Он остался в памяти как крупный благотворитель. Так, на его средства были возведены здания женской рукодельной школы, больницы для рабочих в Адмиралтейской слободе, театра.
Храм должен был составить часть большого проекта университетских клиник, строил церковь подрядчик всего комплекса зданий клиник Пётр Митрофанович Сушенцов, пожертвовавший в нее несколько икон. Основную часть икон написал один из основателей и преподаватель Казанской художественной школы Григорий Антонович Медведев (1868-1944), иконостас изготовил и установил М.Л. Сухов. Небольшая одноглавая церковь построена в стилизованных формах древнерусской церковной архитектуры. Освящение храма при новых клиниках Казанского императорского университета произошло 21 января 1901 года архиепископом Казанским и Свияжским Арсением. Церковь была закрыта одной из первых в городе – осенью 1918 года. Иконы, роспись и утварь были утрачены. До 2010 г. в помещении церкви размещались склад, архив, кабинет УЗИ и туалет.
Ныне храм обретает вторую жизнь, второе дыхание. Он был открыт 25 сентября 2010 года – спустя 110 лет со дня своего основания и 92 года со дня закрытия. Его настоятелем является иеромонах Вячеслав (Шапоров).