Первоначально на месте современного храма находилась деревянная церковь, возведённая в середине XVIII века первым владельцем села Тарханы Яковом Долгоруковым и освящённая в честь Николая Чудотворца. В 1826 году по инициативе владелицы села Елизаветы Алексеевны Арсеньевой, бабушки М. Ю. Лермонтова, было начато строительство каменного храма во имя Архистратига Божия Михаила. Старая деревянная церковь была перенесена на сельское кладбище, где служила часовней. Строительство нового храма завершилось в 1839 году, а освящение состоялось в 1840 году. Известно, что в 1836 году поэт М. Ю. Лермонтов видел церковь в недостроенном виде во время пребывания в имении бабушки. Предположительно, в 1842 году гроб с телом поэта, доставленный из Пятигорска, был установлен на два дня в этом храме.
Архитектурный облик храма выполнен в стиле классицизма. Здание имеет крестообразный план с широким световым барабаном-ротондой, завершённым куполом. Северный и южный фасады акцентированы четырёхколонными портиками с треугольными фронтонами. С востока к четверику примыкает прямоугольная апсида, а с запада — равный ей по величине притвор. Двухъярусная колокольня из убывающих четвериков с большими проёмами (арочными внизу и прямоугольными вверху) увенчана шпилем. Внутреннее убранство храма включает иконостас и настенную роспись, выполненную мастерами с разным уровнем профессионализма.
В 1931 году храм был закрыт, в 1933 году использовался под зернохранилище, а в конце 1930-х годов передан под клуб. В 1947 году церковь вновь стала действующей, но в 1958 году её снова закрыли. В 1962 году храм официально передали Лермонтовскому музею (фактически в 1960 году). В 1991 году в селе была зарегистрирована православная община, которая начала использовать церковь совместно с Государственным Лермонтовским музеем-заповедником "Тарханы".
В настоящее время храм Архангела Михаила в селе Лермонтово является действующим и относится к Сердобской епархии Русской Православной Церкви. Он служит местом проведения богослужений и церковных таинств для местного населения. Храм стал центром духовной жизни села, в нём регулярно проводятся богослужения, таинства и церковные праздники.
