Построен в 1687—92 на средства прихожан в местности Голутвин. Придел святителя Николая Чудотворца освящен в 1688, главный престол — Рождества Пресвятой Богородицы — в 1692. Его предшественники — деревянный одноименный храм известен с 1625 (придел святителя Николая Чудотворца — с 1680). Существует несколько версий происхождения слова «Голутвин» (по существовавшему здесь в 1742 подворью Коломенско-Голутвинского монастыря; по Рождественско-Голутвинскому монастырю, располагавшемуся на этом месте; от «голутьвы» — просеки; «голяди» — племени, обитавшему на территории нынешней Московской области). В 1769 coopужена отдельно стоявшая четырехъярусная колокольня с четырехгранным шатром. В 1772 обновлен (наружное оформление стен храма и придела). В 1823 устроен северный придел Тихвинской иконы Божией Матери (в 1839 архитектурно декорированы его стены) и расширена трапезная (архитектор Ф. М. Шестаков). Обновлялся в 1839 и 1899. Архитектор посадского храма. Завершён горкой кокошников и глухим пятиглавием.

Закрыт в 1923. В 1933 в Третьяковскую галерею переданы иконы работы Т.Филатьева (1691): Спас Вседержитель, Иоанн Богослов, иконостас; в музей «Новодевичий монастырь»: икона Благовещение (кон. XVII в.; Т.Филатьев). В 1930-е полностью разрушены колокольня, все 5 глав, в 1960-е—70-е ограда с воротами, дом причта. В храме размещалась кафедра геологоразведочного института, затем помещение храма передано Третьяковской галерее. Реставрация — с 1933.

Богослужения возобновлены в 1992.

Восстановлена разрушенная колокольня и Никольский придел.