Согласно историческим данным, первое официальное упоминание о селе Нероновка встречается в документе «Волости и важнейшие селения Европейской России» 1886 года, где указано, что в селе насчитывалось 115 дворов и 775 жителей. Однако имеются более ранние сведения: в метрических книгах Бугурусланского уезда за 1869 год упоминаются жители деревни Нероновка, которые крестились в храме соседнего села Павловка. Изначально Нероновка являлась государственной деревней, населённой государственными крестьянами, которые, хотя и были прикреплены к земле, имели относительную свободу, поскольку не принадлежали помещику. Примерно в начале XX века деревня получила статус села. К 1910 году в Нероновке проживало 578 мужчин и 579 женщин, число дворов достигло 160. В селе имелись церковь, одноклассная школа, три маслобойни и одна обдирка. Население было преимущественно православным, но также включало последователей старообрядчества.
Строительство храма в честь Казанской иконы Божией Матери в селе Нероновка началось в 1908 году. Место для постройки было выбрано не случайно: местные жители неоднократно наблюдали на этом месте огни, похожие на горящие свечи. Согласно одному из местных преданий, в конце 1907 года одна из жительниц села видела ночью на этом месте Царицу Небесную с ангелами. После этого был созван сельский сход, на котором было принято решение о строительстве собственного храма. Сельчане не жалели сил и средств на возведение и украшение церкви. Деревянный храм был построен на каменном фундаменте и обшит войлоком. Его возвели в русском стиле, в форме креста. Бревна для строительства были привезены из села Новый Буян. На прекрасный резной иконостас ушло около 2,5 кг сусального золота. Иконы были выполнены в академическом стиле. Несколько икон были перевезены из закрытого храма села Павловка Сергиевского района. Через три года после начала строительства, в 1911 году, прошла первая служба.
В 1939 году, в период антирелигиозной политики советской власти, храм был закрыт. В течение четырёх лет здание использовалось как зернохранилище. Благодаря мужеству и благоразумию тогдашнего председателя сельского совета Ивана Александровича, старинный иконостас удалось сохранить: его заколотили досками, а иконы перенесли в алтарь, что спасло их от разрушения. Однако фрески храма сильно пострадали из-за сырости, вызванной хранением зерна.
В последующие годы храм был восстановлен, и роспись была обновлена при священнике Иоанне Соловьёве, а более поздняя реставрация произошла в 1974 году при отце Иоанне Державине. Среди священников храма в честь Казанской иконы Божией Матери были: отец Василий Перов, отец Иоанн Соловьёв, отец Пантелеимон Соколов, затем отец Иоанн Державин.