Храм воздвигнут в 1870 годах средствами и стараниями Серпуховского городского общества.

Проект Всехсвятской церкви выполнил архитектор Казимир Викентьевич Гриневский (1825-1885), разработавший многие проекты храмов в Московской губернии.

Кроме главного, Всехсвятского престола, имелись приделы во имя иконы Божией Матери "Взыскание погибших", св. вмч. Никиты. Храм построен в формах, подражавших древнему русскому зодчеству популярному в то время. Отдаленно некоторые архитектурные детали церкви имеют сходство с московским Храмом Христа Спасителя - килевидные завершения наличников окон, кокошники. Высокая колокольня очень похожа на несохранившуюся колокольню московского храма свв. Космы и Дамиана в Столешниках.

Перед закрытием в 1920-х гг. Всехсвятский храм окормлял прот. Василий Студницын, прославленный в лике святых новомучеников Российских. здание церкви после закрытия использовалось как складское помещение. За это время снесена верхняя часть колокольни, на которую водрузили громоздкую антенну, пятиглавие было разрушено, храм разрушался.

В 1995 году церковь была открыта вновь. В подклете устроен храм в честь св. прав. Иоанна Кронштадского.