Первое упоминание о храме относится к 1646 году, когда в селе уже существовала деревянная церковь, расположенная за рекой Рановой, близ Зарановских Выселок.Согласно окладным книгам 1676 года, при церкви числились два поповских двора, три дьячковых и один пономарский; церковной пашни было 20 четвертей в поле, сенных покосов на 50 копен.В приходе насчитывалось 109 дворов, включая помещиков, крестьян и бобылей.
В 1802 году на средства генерал-аншефа Петра Дмитриевича Еропкина была построена новая каменная церковь в стиле классицизм. Храм был освящён 24 сентября 1802 года и включал в себя колокольню. В 1861 году с южной стороны был пристроен предел во имя преподобного Сергия Радонежского, а в 1867 году — предел во имя святого Дмитрия Мироточивого. Оба придела были сооружены старостой храма, поручиком Сергеем Александровичем Васильцовским. В 1913 году церковь была отремонтирована. Приход храма включал жителей села Шелемишево, деревень Уланово, Боршевские Хутора и Зарановские Выселки.
В советский период храм подвергся изменениям: венчания были сломаны, здание частично перестроено и использовалось молокозаводом. В настоящее время церковь не действует. Недостроенная церковь находится в непосредственной близости от Шелемишевской школы.
