Село Белкино, на территории которого расположен храм, с XV века принадлежало дворянскому роду Белкиных. В середине XVIII века усадьба перешла во владение графа Ивана Илларионовича Воронцова. В этот период было принято решение о строительстве нового каменного храма взамен существовавшего деревянного, пришедшего в ветхость. Строительство храма было завершено в 1773 году. Предположительно, автором проекта выступил архитектор Карл Иванович Бланк, известный своими работами в стиле русского барокко с элементами классицизма.
Архитектурно храм представляет собой сочетание элементов барокко и раннего классицизма. Основной объём здания выполнен по схеме «восьмерик на четверике», что придаёт сооружению стройный и изящный силуэт. Фасады украшены пилястрами и высокими полуциркульными окнами, между которыми расположены небольшие овальные окна второго света, характерные для барокко. Внутреннее убранство храма изначально включало росписи, выполненные в технике гризайль, изображавшие портики с пилястрами и фронтонами. Эти работы были выполнены под руководством архитектора Василия Ивановича Баженова, а непосредственным исполнителем стал живописец Иван Дмитриевич Некрасов.
В 1815 году, при новом владельце усадьбы Дмитрии Петровиче Бутурлине, к храму был пристроен тёплый придел в честь иконы Божией Матери «Утоли Моя Печали». В конце XIX века интерьер храма был обновлён: первоначальные росписи заменили на изображения евангельских сюжетов, а под куполом появились изображения херувимов.
При храме с 1885 года действовала церковно-приходская школа, попечителем которой был Пётр Наркизович Обнинский. Здание школы, представляющее собой небольшой бревенчатый дом, сохранилось до настоящего времени.
В 1930 году храм был закрыт, а его здание использовалось для хозяйственных нужд, включая складирование горюче-смазочных материалов и удобрений. В этот период многие элементы внутреннего убранства были утрачены или повреждены.
В 1988 году, в год празднования тысячелетия крещения Руси, храм был возвращён Русской Православной Церкви. С этого времени начались восстановительные работы, направленные на возвращение храму его первоначального облика и возобновление богослужений. В настоящее время храм Спаса Нерукотворного Образа является действующим и регулярно принимает прихожан.
