Построен в 1676-81 на средства стрельцов в их слободе (на Песках) приказа (полка) Н.И.Колобова у Петровских ворот главный престол — иконы Божией Матери «Знамение» с сев. приделом (первоначально пятиглавым святого Климента, папы Римского), на месте сгоревшего деревянного храма святого Климента (известен с 1635). Назывался также храмом «Знамения на Песках». В 1754 в ю.-в. углу трапезной освящен придел Всех Святых. В 1780 с Климентовского придела сняты 4 главы, в 1819 в нём переложен алтарь и придел переосвящен во имя преподобного Сергия Радонежского. Обновлялся в 1796, 1887, 1902.

В 1909 сев. придел расписан Е.И.Пашковым по эскизам худ. М.В.Нестерова и др.

В стиле «русское узорочье». Четырехугольный, бесстолпный, с тремя алтарными выступами. Перекрыт сомкнутым сводом. Верх - с ярусами кокошников и глухим пятиглавием. Входы в храм и трапезную - резные белокаменные порталы с парными колонками. Декор храма - фигурные наличники окон (XVII в.), широкий карниз с ширинками, килевидные кокошники, наборные порталы. Внутри сохранилась живопись 1850. Двухъярусная, четырехугольная колокольня завершена восьмигранным шатром с 3 рядами резонаторов («слухов») и главкой. Находится над входом в трапезную. Под колокольней - арка с гирькой, с зап. — каменный киот для иконы Божией Матери «Знамение», вокруг в XIX в. была установлена фреска: два ангела и надпись — «Пресвятая Богородица, спаси нас».

В 1930 закрыт. Занят научными лабораториями. С ю.-в. сделана пристройка.

Реставрировался в 1960-70-х. 10 декабря 1997 освящен придел Всех Святых. Окормляет Главное управление внутренних дел города Москвы.