Первое упоминание о храме в селе Дулово Корчевского уезда относится к 1759 году, когда княгиня Дарья Фёдоровна Репнина построила деревянную церковь во имя Господа Иисуса Христа, Нерукотворного Его Образа. К концу XVIII века сооружение пришло в аварийное состояние из-за прогнивших сводов и фундамента, что создавало угрозу для прихожан.
24 сентября 1797 года новый владелец села, коллежский советник Александр Осипович Кожин, подал прошение в Тверскую духовную консисторию о строительстве каменного храма с тёплым приделом. Строительство началось в 1798 году с благословения преосвященного Иринея и завершилось в 1807 году. Финансирование осуществлялось за счёт средств Кожина и церковной кошельковой суммы, работы выполнялись крестьянами вотчинника.
Архитектурная композиция включает кубический четверик с ротондой, увенчанной барабаном и главкой, трапезную и колокольню со шпилем. Зимний придел во имя Макария Калязинского был освящён 13 июня 1809 года, главный престол Нерукотворного Образа Христа Спасителя - 4 июня 1816 года. Внутреннее убранство создавалось в течение семи лет после завершения строительства.
В 1911 году проводился наружный ремонт из-за обвалившейся штукатурки и протечек кровли. В 1914 году вокруг церкви возвели новую кирпичную ограду. В 1930-х годах храм был закрыт из-за отсутствия священнослужителя после ареста иеродиакона Мефодия (Павла Фёдоровича Свистова), но в начале 1940-х вновь открыт по просьбе прихожан. С 1963 года богослужения не прерывались, несмотря на необходимость ремонта купола и фасадов.
Церковь представляет собой памятник архитектуры конца XVIII - начала XIX веков, выполненный в стиле классицизма. Историческое здание сохранило первоначальную объемно-пространственную композицию и продолжает использоваться по прямому назначению.
