Первоначально небольшой деревянный храм во имя пророка Илии был сооружен в 1662 г. в селе Дубровины. В 1690 г. в связи с возведением в Дубровицах нового храма Ильинскую церковь перенесли в деревню Лемешово, в одной версте от Дубровиц. В 1753 г. вместо деревянной построили для кладбища церковь в стиле
барокко, из кирпича с белокаменными деталями. В начале XX в. к храму пристроили боковые приделы в честь иконы Божией Матери «Всех скорбящих Радость» и во имя преподобного Сергия Радонежского.

В 1922 г. из храма изъяли серебряные ризы с икон, украшения из серебра общим весом 12 фунтов. В 1937 г. на Бутовском полигоне был расстрелян настоятель храма священник Александр Агафонников, прославленный в Соборе новомучеников и исповедников Российских.

В1941 г. храм закрыли «за ненадобностью», иконостасы и иконы сожгли. С 1960-х гг. церковное здание постепенно разрушали, превращая в свалку. Храм наиболее пострадал в 1970-е - 1980-е гг.

8 октября 1995 г., в день памяти преподобного Сергия Радонежского, на руинах храма отслужили первую Божественную литургию. В 1996 г. начались ремонтные работы. В 1999 г. храм приобрел вид, сообразный своему историческому облику. Были засыпаны овраги, угрожавшие церковному зданию. В 2001 г. построили иконостасы, обустроили интерьер храма. Архитектурные чертежи и оформление иконостасов выполнил К.Н.Гудков.

В доме причта имеется крестильный храм во имя священномученика Александра (Агафонникова).