Первое упоминание о деревянной церкви Рождества Пресвятой Богородицы в селе Рождественском относится к 1647 году. Храм был построен боярином Никитой Ивановичем Романовым в своих владениях. В 1646 году село стало казённым, и в нём разместили солдат Бутырского полка. В 1682–1684 годах, по случаю окончания войны с Османской империей и Крымским ханством, на средства солдат Бутырского полка и при поддержке царей Петра и Ивана был возведён каменный соборный двухстолпный храм с четырёхстолпной трапезной и шатровой колокольней. В храме разместили полковое знамя и трофейные знамёна вражеских армий; во втором ярусе колокольни установили икону Спаса Нерукотворного — копию образа, расположенного над Спасскими воротами Московского Кремля.
Во время нашествия Наполеона в 1812 году храм серьёзно пострадал. Богослужения возобновились в конце того же года, однако полное восстановление завершилось лишь в 1855 году. В 1900–1908 годах архитектор Ф. Ф. Горностаев провёл ремонт колокольни, перестроил трапезную и создал новый мраморный иконостас.
После Октябрьской революции здание храма было признано памятником архитектуры и поставлено на государственную охрану. Богослужения продолжались до 1920 года; рассматривался вопрос о признании его кафедральным собором вместо Елоховского. В 1935 году храм закрыли и передали заводу № 132 Глававиапрома, впоследствии ставшему предприятием «Знамя». В здании храма разместили сначала склад, затем заводской цех. В начале Великой Отечественной войны снесли верхний ярус колокольни, предположительно, чтобы устранить возможный ориентир для вражеских самолётов.
В 1970 году при строительстве нового цеха завода была снесена трапезная, и храм, всё ещё находящийся под государственной охраной, оказался разделённым новым заводским зданием на две части. В бывшей колокольне разместили дворницкую, где хранился инвентарь и соль для борьбы с гололёдом. В здании храма, получившем новый адрес по Новодмитровской улице, разместили прессовый цех завода, что привело к серьёзным повреждениям здания.
Остатки колокольни были возвращены Русской Православной Церкви в 1998 году. В 1999 году с восточной стороны к колокольне пристроили апсиду под алтарь, а с южной стороны — звонницу; малым чином освятили в честь Сергия Радонежского и князя Дмитрия Донского. В 2011–2013 годах проведены работы по восстановлению и реставрации колокольни под руководством архитектора-реставратора Н. И. Даниленко.
