Церковь во имя святых бессребреников Космы и Дамиана в селе Козьмодемьяновка Тамбовской губернии впервые упоминается в документах 1790 года в связи с открытием прихода. Первый деревянный храм был построен на средства прихожан в 1868 году. Престол освящен в честь Космы и Дамиана Римских, придел — во имя святителя Николая Чудотворца. Приход включал 328 дворов, земледельческое население составляло 2347 человек. При храме действовала церковно-приходская школа и попечительство, имелась библиотека в 187 томов.
В 1840 году на месте обветшавшего деревянного храма был возведен кирпичный пятиглавый храм с Никольским приделом. Колокольня была трехъярусной, архитектурной особенностью стало необычное расположение глав — по сторонам света от центральной главы и на фронтонах трапезной. В 1935 году храм был закрыт, но в 1944 году возвращен верующим и в 1945 году вновь открыт. В 1946 году в храме был устроен придел во имя святителя Питирима Тамбовского.
В советский период, с 1962 по 1988 год, храм оставался единственным действующим в Тамбовском районе. Первый храм был разрушен в первой половине XX века. Современный деревянный храм построен в 2003-2004 годах на въезде в село, недалеко от кладбища. Сруб выполнен в традициях северного зодчества, с шатровой колокольней. 25 августа 2003 года храм освятил епископ Тамбовский и Мичуринский Феодосий. В ноябре 2004 года к храму пристроили колокольню с семью колоколами.
16 ноября 2013 года епископ Уваровский и Кирсановский Игнатий совершил чин полного освящения храма. В храме особо почитается список Иверской иконы Божией Матери, выполненный на Афоне в XIX веке. В 2005 году близ храма был обустроен источник во имя праведного Лазаря Четверодневного, известный с 1957 года, с купелью для омовений.