Первое упоминание о церкви в селе Образцово относится к 1585 году, когда село и храм находились во владении Спасо-Преображенского Евфимиево-Суздальского монастыря. В то время существовала деревянная церковь, освящённая в честь Рождества Пресвятой Богородицы. Впоследствии, в 1578 году, по инициативе монастыря была построена новая деревянная церковь с приделом во имя преподобного Евфимия Великого. Однако из-за малолюдства и отсутствия постоянного священнослужения храм долгое время стоял без пения и пришёл в запустение. Стараниями монастыря церковь была восстановлена в 1623 году.
В 1701 году село Образцово было передано графу Ивану Алексеевичу Мусину-Пушкину, который возглавил Монастырский приказ по указу Петра I. В 1730 году имение перешло к его сыну, графу Платону Ивановичу Мусину-Пушкину. Именно он инициировал строительство каменного храма на месте ветхой деревянной церкви. Строительство началось в 1733 году и завершилось в 1736 году. Новый храм был освящён в честь Рождества Пресвятой Богородицы и имел три придела: главный — в честь Рождества Пресвятой Богородицы, южный — во имя преподобного Евфимия Великого и северный — во имя преподобной Марфы, небесной покровительницы супруги храмоздателя Марфы Фёдоровны.
Архитектурно храм представляет собой кирпичное здание в стиле барокко типа «восьмерик на четверике» с трапезной и двухъярусной колокольней. Восьмигранный купол с главой венчает храм, придавая ему величественный облик. Внутреннее убранство церкви, включая резной золочёный иконостас и росписи, выполнено итальянскими мастерами и относится к первой половине XVIII века. В 1989–1999 годах под руководством заслуженного реставратора России Г.Ф. Бабича была проведена генеральная реставрация храма, в ходе которой открылись первоначальные живописные слои.
После ареста и ссылки Платона Ивановича Мусина-Пушкина в 1740 году, имение Образцово было передано Алексею Петровичу Бестужеву-Рюмину, а затем его сыну Андрею и племянникам Алексею и Михаилу Волконским. В XIX веке владельцами села становились купцы Мещаниновы и Ляпины, а последними хозяевами до революции 1917 года были дворяне Кисель-Загорянские. На погосте церкви сохранился надгробный памятник майора Николая Петровича Кисель-Загорянского в виде скалы-голгофы.
Примечательно, что храм никогда не закрывался, даже в советские годы, сохранив своё внутреннее убранство, росписи, иконы и старинный иконостас, увенчанный деревянными скульптурами. Главной святыней храма является икона Животворящего Креста Господня с частицами мощей святых. Также почитаются иконы Божией Матери «Боголюбская» и «Акафистная».
