Храм во имя Архангела Михаила в селе Старая Меловая Петропавловского района Воронежской области был построен в 1799 году. В документах Воронежской епархии за 1900 год указано, что церковь имела три престола: главный — в честь Архангела Михаила, а также приделы Трёх Святителей и Казанской иконы Божией Матери. Земельные владения храма составляли 198 десятин, а приход насчитывал 366 дворов с общей численностью прихожан 3215 человек (1660 мужского пола и 1555 женского).
В 1874 и 1909 годах проводились значительные работы по реконструкции и расширению храма. По данным клировых ведомостей конца XIX века, причт церкви состоял из двух священников, диакона и двух псаломщиков. В начале XX века храм оставался духовным центром для жителей села и окрестных деревень.
В советский период храм был закрыт и пришёл в упадок. К концу XX века здание находилось в разрушенном состоянии. В постсоветское время начались работы по восстановлению церковной жизни в селе. В настоящее время храм числится недействующим, хотя предпринимаются попытки его возрождения.
Архитектурные особенности здания характерны для храмового строительства Воронежской губернии конца XVIII — начала XIX веков. Первоначальная постройка 1799 года представляла собой традиционный для того периода тип церкви с четвериком основного объёма и восьмериком над ним. Последующие перестройки добавили элементы эклектики в архитектурный облик храма.
Исторические документы сохранили сведения о церковнослужителях конца XIX века. В 1898-1899 годах в храме служили священники Воскобойников Иоанн Тимофеевич и Зелевев Василий Ильич, диакон Авсеньев Дмитрий Васильевич, псаломщики-дьяконы Родионов Василий Петрович и Ракитин Григорий Сумеонович. Эти данные зафиксированы в Справочной книге для духовенства Воронежской епархии.