Построена в 1509 на месте деревянного храма, который был первоначально возведён в 1370 преподобным Сергием Радонежским и его племянником Феодором, епископом Ростовским, как храм небольшого мужского монастыря. В 1380 монахом этого монастыря был преподобный Кирилл Белозерский. На предполагаемом месте его келий до 1917 существовал памятный камень. В 1998 на этом месте восстановлен памятный крест. Около деревянного храма находились захоронения героев Куликовской битвы 1380 - монахов Свято-Троице-Сергиевой Лавры Александра Пересвета и Андрея Осляби, погибших в единоборстве с татарами. Гробницы их были затем устроены в новом храме (описание гробниц известно с 1660). В XVII в. монастырь упразднен, храм стал приходским. В 1703 на северо - востоке. от храма построена отдельно стоявшая деревянная теплая трапезная с храмом святителя Николая Чудотворца (в 1734 перестроена). В 1785-87 coopужена новая, каменная, трапезная и колокольня (перестроена в 1849-55). В 1870 в приделе преподобного Сергия Радонежского установлено чугунное надгробие Пересвета и Осляби. В 1894 расписан главный храм. Главный престол — Рождества Пресвятой Богородицы, приделы — преподобного Кирилла Белозерского (в правой алтарной части, известен с 1792), благоверного князя Димитрия Донского, в трапезной — преподобного Сергия Радонежского (северный), святителя Николая Чудотворца (южный).
В русско-византийском стиле. Четырехугольный, бесстолпный, однокупольный с луковичной главой.
В 1927 закрыта. В 1930-х обезглавлена. Надгробие героев Пересвета и Осляби отправлено на лом. В стенах пробиты окна и двери. В здании разместилась компрессорная станция завода «Динамо». В 1932 снесена колокольня. В 1980-х церковь передана Историческому музею. С 1980 реставрировалась добровольцами, к 1988 отгорожена от завода.
В 1989 возвращена РПЦ. В 1991 рядом с храмом построена каменная звонница.
Святыни: особо чтимая Тихвинская икона Божией Матери (находилась в Историческом музее), резная Влахернская икона Божией Матери, святые мощи преподобного Александра Пересвета и Андрея Осляби (под спудом).
При храме — библиотека, воскресная школа, благотворительная служба.
К храму приписаны: часовня иконы Божией Матери «Неупиваемая Чаша» при Центре лечения и социальной реабилитации наркологических больных (находится на территории Петропавловского благочиния) и храм святого благоверного князя Александра Невского в Кожухове ( улица Трофимова, владение 12).
