Первое упоминание о церкви в селе Мусорка относится к 1775 году, когда была построена деревянная однопрестольная церковь во имя святых Космы и Дамиана. В 1837 году, на средства прихожан, была возведена новая деревянная церковь, освященная в 1838 году. К началу XX века возникла необходимость в строительстве более просторного и долговечного храма, что обусловило решение о возведении каменного здания.
В 1905 году, по проекту архитектора Тадеуша Севериновича Хилинского, началось строительство нового каменного храма в русско-византийском стиле. Здание церкви представляет собой величественное сооружение с 22 куполами. Основной объем храма — четверик, завершенный восьмериком под луковичным куполом, с боковыми приделами. Внутренние стены были расписаны масляными красками, а иконостас состоял из икон чеканной работы с краями под эмаль. Нижняя часть цоколя облицована тесаным серым камнем, а наружная поверхность кирпичной кладки стен выполнена под расшивку. Кладка массивных стен выполнена из глиняного кирпича местного изготовления на известковом растворе с утолщенными швами. Строительство храма завершилось в 1907 году, когда он был освящен и открыт для богослужений.
В 1930 году храм был закрыт, здание использовалось сначала как зернохранилище, затем как мастерская по ремонту тракторов. В начале 1960-х годов предпринимались попытки разрушить здание с помощью взрывчатки, однако массивные стены устояли. После строительства новой машинно-тракторной станции в 1964 году здание храма было оставлено полуразрушенным и заброшенным.
В 1990-х годах начались реставрационные работы, финансируемые исключительно на пожертвования прихожан и благотворителей. К 2005 году активное восстановление храма позволило возобновить в нем богослужения. 14 июля 2012 года в восстановленном храме епископ Тольяттинский и Жигулёвский Нестор совершил первую Божественную литургию. В настоящее время храм продолжает функционировать, являясь центром духовной жизни села Мусорка и окрестных населенных пунктов.
