Строительство храма было завершено в 1808 году на средства графини Анны Алексеевны Матюшиной, урожденной княжны Гагариной. Первоначально село носило название Большой Буртас, однако после возведения храма в честь иконы Божией Матери «Знамение» оно получило наименование Знаменское. Впоследствии село принадлежало внукам графини — Михаилу и Матвею Виельгорским, известным музыкальным деятелям XIX века. От них по женской линии имение перешло князю Александру Шаховскому, затем его дочери княжне Марии Александровне Шаховской, в замужестве графине Келлер. Её муж, генерал-майор граф Фёдор Эдуардович Келлер, был участником русско-турецкой и русско-японской войн, сподвижником генерала Скобелева, директором Пажеского корпуса и губернатором Екатеринославской губернии.
Архитектурно храм представляет собой кирпичное здание, выстроенное в стиле классицизма. К основному объёму примыкает полукруглая апсида. Центральный объём увенчан куполом с фонариком. Внутреннее пространство храма включает в себя основной объём и придел во имя преподобного Сергия Радонежского. Фасады здания украшены пилястрами и декоративными элементами, характерными для архитектуры того периода.
В советский период храм был закрыт и использовался не по назначению. Здание находилось в запущенном состоянии, однако сохранило основные архитектурные элементы. В настоящее время храм является памятником архитектуры регионального значения и находится под охраной государства.
