В первой половине XIX века сельцо Воробьёво входило в состав Подольского уезда Московской губернии и принадлежало семье князей Вяземских. В 1845 году княгиня Елизавета Ростиславовна Вяземская, мать княжны Варвары Сергеевны Ершовой (урождённой Вяземской), проживавшая в усадьбе дочери, обратилась к митрополиту Московскому Филарету (Дроздову) с прошением о разрешении устроить домовую церковь во имя Сошествия Святого Духа при доме дочери в сельце Воробьёво. В своём прошении она указала на трудности посещения приходской Успенской церкви на погосте Корытня из-за удалённости и состояния здоровья.
Московская духовная консистория 22 июля 1845 года дала разрешение на устройство домовой церкви при условии, что украшение и оснащение храма будут осуществляться под наблюдением благочинного, а богослужения будет совершать приходской священник по приглашению Елизаветы Вяземской. Также оговаривалось, что после её смерти или продажи имения церковь должна быть упразднена, а вся утварь передана в приходскую Успенскую церковь на погосте Корытня.
Строительство храма было завершено в августе 1848 года, и 5 сентября того же года он был освящён протоиереем Василием Берёзкиным, настоятелем Троицкого собора в Подольске. Архитектурный облик церкви выполнен в русском стиле и, предположительно, связан с работами архитектора Михаила Доримедонтовича Быковского или архитекторов Московского архитектурного училища. Здание представляет собой квадратное в плане сооружение с пониженным притвором и трёхчастной апсидой. Фасады украшены трёхчастными окнами в архивольтах, а вход обрамлён широкой профилированной аркой с массивными кувшинообразными столбами по бокам.
После смерти Елизаветы Вяземской в 1860 году её дочь, Варвара Ершова, обратилась к митрополиту Филарету с просьбой сохранить домовую церковь для богослужений, ссылаясь на те же причины, что и её мать. С весны 1860 года церковь стала именоваться приписной к Успенской церкви на погосте Корытня.
В октябре 1877 года имение перешло к дочери Варвары Сергеевны — Вере Ивановне Ершовой. В декабре 1897 года деревянная церковь на погосте Успенском, что в Корытне, сгорела, и в приходе осталась лишь приписная церковь Сошествия Святого Духа в Воробьёве. Вскоре, по прошению крестьян государственного сельца Валищево, в последнем был построен каменный храм, к которому и была приписана Воробьёвская церковь.
После революции 1917 года усадебно-парковый ансамбль Воробьёво был приспособлен под новые нужды. Здание церкви использовалось в качестве водонапорной башни, для чего была разрушена её верхняя часть. Позднее здесь размещались склад, лыжная база и развлекательное заведение. После распада СССР частично разрушенное здание храма было передано верующим. С осени 1993 года в храме возобновилась богослужебная и приходская жизнь; начались восстановительные работы, продолжающиеся по настоящее время под руководством архитекторов Андрея Анисимова и Татьяны Беляевой.
