В небольшом селе Орловка деревянная церковь существовала уже в конце XVIII века. В 1844 году она сгорела. В 1854-1859 гг. на средства елабужского купца Ивана Ивановича Стахеева была построена новая однопрестольная каменная церковь, освященная, как и сгоревшая, во имя святых бессеребреников и чудотворцев Космы и Дамиана. Средних размеров храм был построен по образцовому проекту Константина Тона в византийском стиле - в царствование императора Николая I других проектов власти и не утверждали.

Закрытый в 30-е годы XX века храм в 1990-1992 гг. после передаче его Казанской епархии, реконструирован, причем по проекту Челнинского архитектора Маркиза Басырова вокруг него создан своеобразный ансамбль, включающий ограду с воротами, часовни и павильоны. Храм является центром благочиния Закамского региона, которое возглавляет протоиерей Олег Богданов, настоятель церкви Космы и Дамиана.