Первоначально деревянный храм во имя преподобной Мелании Римляныни был построен в 1895 году. Причт состоял из священника и псаломщика, содержание которых обеспечивалось железнодорожным ведомством: священнику выплачивалось 900 рублей, псаломщику — 420 рублей. Земельных угодий и дополнительных доходов не имелось. Прихожанами храма были 140 мужчин и 120 женщин; раскольников не отмечалось. Расстояние до Томска составляло 97 верст. В 1896 году при храме была открыта домашняя школа грамоты, содержавшаяся на средства конторы инженера-механика Е. К. Кнорре.
В конце 1899 года, по решению прихода и при поддержке фонда имени Императора Александра III, храм был перенесен со станции Левая Томь на станцию Поломошная, более многолюдную и нуждающуюся в церковном окормлении. На перенос и окончательную отделку было выделено 1 700 рублей, а также предоставлены колокола. Освящение храма на новом месте состоялось 1 апреля 1900 года.
С приходом советской власти храм был закрыт, настоятель арестован, а приходская община распущена. Здание церкви было разобрано, и из его бревен построены сельский клуб, библиотека и Дом быта.
В 2004 году была зарегистрирована местная религиозная организация — православный приход храма святой преподобной Мелании Римляныни села Поломошное Яшкинского района Кемеровской области Мариинской епархии Русской Православной Церкви (Московский Патриархат). В 2005 году приход был возрожден в здании бывшего Дома быта, которое было реконструировано и приспособлено для богослужений. Здание представляет собой типовое двухэтажное строение с небольшими окнами, над которым были возведены купол с крестом и звонница.