Церковь построена в 1690-93 (по др. ист. 1693-94) на месте деревянного храма Покрова Божией Матери (1619), на средства боярина Л. К. Нарышкина (дяди Петра I) в его вотчине — селе Фили на берегу Москва-реки, за рекой Хвили. После постройки храма (до 1920-х) стало официально называться село Покровским. Покровское и его храм неоднократно посещал Петр I. В 1812 наполеоновские войска устроили в нижнем храме конюшню, в верхнем — швальню. Утварь была спасена.

В подклете — зимний (нижний) храм с престолом Покрова Пресвятой Богородицы, летний (верхний) в основной части храма с престолом Нерукотворного Образа Спасителя (Спаса Нерукотворного). Предание связывает название престола с тем, что во время Стрелецкого бунта 1682 Л. К. Нарышкин, спрятавшись в покоях царицы, молился перед образом Нерукотворного Спаса. Название нижнего храма — от предшествующей деревянной церкви Покрова (1619). Нижний храм был приходским, верхний — домовым.

В 1933 власти хотели закрыть храм, но община его отстояла, собрав свыше 900 подписей. В 1937 расстреляны настоятель -священник Алексей Глаголев, староста М. И. Ястребов, схимонахиня Александра (М. А. Червякова). В июле 1941 закрыт. С 1971 — филиал Музея древнерусского искусства им. Андрея Рублева.

Храм РПЦ не возвращен. Община верующих с 1991 ходатайствует о передаче церкви нижнего храма. Богослужения совершаются по согласованию с музеем (с 2000 по воскресным и праздничным дням -Литургия).

В стиле московского барокко. Двухэтажный, каменный. Центрический, ярусный, «иже под колоколы» (здание завершает колокольня). На высоком подклете, окруженном открытой галереей-папертью (гульбищем), на аркадах с тремя широко раскинувшимися лестницами (их нижняя часть переделана в нач. XIX в.). Храм с полукруглыми алтарем и тремя притворами, которые своими полукружиями со всех сторон охватывают его четырехугольное в плане основное здание, несущее 2 яруса восьмериков. На сомкнутом своде светового восьмерика — небольшой восьмерик колокольни (ярус звона) со сквозными арками, увенчанный восьмигранным барабаном главы. Каждый выступ (притвор) завершен главой с восьмигранным барабаном. Углы четырехугольного здания и ребра восьмериков украшены колонками. Парапет террасы и поребрик ее аркады украшает фриз из ширинок.

Верхний храм отличается пышностью. Золоченая деревянная резьба украшает девятиярусный иконостас, поднимающийся под самые своды, клиросы, «царскую ложу» (ложу храмоздателя) на западной стене. Стены, арки, обрамления окон украшены резьбой. В горельефную резьбу иконостаса вкраплены разноформатные иконы в художественных рамах, обрамленных колонками с растительными элементами. Резьба по дереву предположительно работы белорусских мастеров (состоявших при Оружейной и золотописных палатах) по рисункам К. Золотарева. Его авторство - деревянное распятие, венчающее иконостас, иконы местного ряда («Апостолы Петр и Павел», «Иоанн Предтеча» и «Алексий, человек Божий», мученики Адриан, Наталья и Параскева, святой Лев, папа Римский; 1693—94). Икона «Успение Богоматери» (1694) работы И. Уланова (храмовая икона «Спас Нерукотворный» не сохранилась). Предположительно, что изображения архидиаконов Стефана (сев. врата иконостаса) и Лаврентия (юж. врата) написаны И. Салтановым. В лике архидиакона Стефана усматривают сходство с молодым Петром I. Роспись свода - 1694. Внутреннее убранство зимнего храма, кроме нескольких икон, не сохранилось. Иконы и роспись стен — XIX в.