Первые упоминания о церкви в Льялове относятся к концу XVI века. В 1585 году в селе была построена деревянная церковь во имя Богоявления Господня. К 1616 году на её месте возвели новую церковь, посвящённую Рождеству Пресвятой Богородицы. Инициатором строительства выступил князь Григорий Петрович Ромодановский, владевший тогда этими землями. Эта церковь стала духовным центром для местных жителей и окрестных поселений.
В 1731 году, после смерти Ивана Фёдоровича Ромодановского, его вдова Анастасия Фёдоровна, урождённая Салтыкова, построила новую деревянную церковь на месте прежней. Однако к концу XVIII века эта постройка обветшала и требовала замены.
В 1785 году усадьбу Льялово приобрела Екатерина Ивановна Козицкая. Она инициировала масштабную перестройку усадьбы, включавшую возведение нового храма. В 1800 году на месте старой деревянной церкви была построена кирпичная церковь Рождества Пресвятой Богородицы. Архитектурно храм выполнен в стиле классицизма с центрическим планом в виде ротонды и отдельно стоящей колокольней, соединённой с основным зданием стеклянной галереей.
В 1862 году галерея была заменена на кирпичную трапезную с двумя приделами: во имя Покрова Пресвятой Богородицы и Спаса Нерукотворного. Средства на эту реконструкцию предоставила генерал-майорша Анна Петровна Митрина, проживавшая в соседнем сельце Никольском и являвшаяся прихожанкой льяловской церкви.
После Октябрьской революции 1917 года храм продолжал функционировать, однако в 1937 году был закрыт. В середине 1950-х годов здание перестроили и использовали под клуб, что привело к утрате многих элементов внутреннего убранства.
В 1991 году храм был возвращён Русской Православной Церкви. Начались реставрационные работы, направленные на восстановление первоначального облика здания и его внутреннего убранства. Были восстановлены иконостасы, проведены работы по росписи стен и купола, возвращены утраченные архитектурные элементы. Он служит центром притяжения для местных жителей и паломников, сохраняя традиции православной веры и культуры.
