Проект храма разработал известный русский архитектор Максимилиан Егорович Месмахер. Архитектурное решение здания представляет собой сочетание нескольких стилей, выполненное в эклектической манере. Здание храма выполнено в виде креста с центральным куполом и четырьмя малыми главами по углам. Фасады украшены декоративными элементами, характерными для русской архитектуры XIX века.
Храм был задуман как усыпальница рода князей Вяземских и их родственников Вельяминовых. Под алтарной частью церкви был устроен склеп, в котором находилась скульптурная группа «Плач Богородицы», являющаяся воспроизведением статуи «Пьета» работы Микеланджело.
В 1938 году храм был закрыт, и его здание подверглось разрушению. В период советской власти церковь использовалась не по назначению, что привело к утрате многих архитектурных и художественных ценностей. В 2001 году начались работы по восстановлению храма. При начале восстановительных работ в храме были обнаружены разбросанные в склепе костные останки, которые, согласно проведенным исследованиям, принадлежали Льву Дмитриевичу Вяземскому и его сыну Дмитрию. 16 сентября 2001 года останки были торжественно перезахоронены в фамильном склепе храма.
Восстановление храма осуществлялось стараниями местного жителя, церковного старосты Валерия Георгиевича Голубых. В 2003 году Новолипецкий металлургический комбинат безвозмездно передал 600 квадратных метров кровельного железа для восстановления крыши и куполов. К 2009 году были полностью восстановлены кровля, наружные кирпичные работы, купола и колокольня. В том же году были освящены новые колокола.
