Храм построен в 1757 году и 16 марта 1759 году освящен в честь Рождества Христова. Приход состоял из семи помещичьих и 39 крестьянских дворов. Храм был приписан к соседнему, в селе Васькино. Ктитор храма — владелец села купец Андрей Наумов.

Такой застал церковь Антон Павлович Чехов, когда в 1892 году купил имение в Мелихове. Он писал А.С.Суворину 6 апреля 1892 г.: «У нас Пасха, церковь есть, но нет причта. Собрали со всей округи 11 рублей и наняли иеромонаха из Давидовской пустыни, который начал служить с пятницы. Церковь ветхая, холодная, окна с решетками... Пасхальную утреню пели мы, то есть моя фамилия и мои гости, молодые люди. Вышло очень хорошо и стройно, особенно обедня. Мужики остались предовольны и говорят, что служба у них не проходила так торжественно». Усадьба была бедная и запущенная, постройки ветхие. Чехов переоборудовал дом, вырыл большой пруд. Его стараниями проведено шоссе от Мелихова до станции; в Лопасне было открыто почтовое отделение; в безводном Мелихове выкопан колодец, построен пожарный сарай. На свои средства и по своим планам Чехов строил школы в Талеже, Новоселках, Мелихове — лучшие в уезде.

В 1896 году по просьбе крестьян Чехов расширил церковь: были обновлены два придела, построена колокольня с «зеркальным крестом», видимым за восемь верст. Усердным прихожанином был отец писателя — Павел Егорович Чехов, в прошлом регент в одном из таганрогских храмов.

В 1930-е годах чеховские постройки разрушили, бревна растащили. Но сохранилась старейшая часть церкви.

В 1966 году храм отреставрировали. Восстановлением занимался художник Сергей Сергеевич Чехов, внучатый племянник писателя. Со студентами Суриковского института он подвел фундамент, заново переложил крышу.

В 1989 году реставрацию храма провел создатель музея-заповедника А.П.Чехова, директор Ю.К.Авдеев.

В декабре 1994 году под Рождество, храм сгорел.

По старым обмерам храм в 1999 году восстановлен заново. Освящена в 2007 году.