Первая деревянная церковь во имя Нерукотворенного Образа Спасителя была возведена в 1755 году на средства графа Петра Ивановича Шувалова для крестьян, переселённых из Суздальской губернии. Освящение храма состоялось 7 сентября 1755 года в присутствии императрицы Елизаветы Петровны. Храм располагался на холме у Большого Суздальского озера в местности, известной как Большая Суздальская слобода.
31 мая 1791 года церковь сгорела от удара молнии. На её месте была сооружена каменная часовня из красного кирпича, сохранившаяся до настоящего времени. В 1792 году графиня Екатерина Петровна Шувалова построила новый деревянный храм по проекту архитектора Луиджи Руска. Этот храм упоминается в очерке Александра Грибоедова «Загородная поездка», опубликованном в 1826 году.
В 1876 году началось строительство каменного трёхпридельного храма по проекту гражданского инженера Константина Алексеевича Кузьмина. Средства на строительство собирались среди крестьян и дачников, общая сумма составила около 70 тысяч рублей. Храм был освящён 8 сентября 1880 года митрополитом Санкт-Петербургским и Ладожским Исидором. Главный престол освящён в честь Нерукотворенного Образа Спасителя, правый придел — в честь Покрова Пресвятой Богородицы, левый — во имя святителя Николая Чудотворца.
В новый храм были перенесены древние святыни из прежнего деревянного храма, включая икону Троицы 1678 года с указанием фамилий переселенцев из Суздальской губернии, резной кипарисовый Крест с изображениями Страстей Господних и двунадесятых праздников, а также икону Всех Святых с частицами мощей. Большинство этих святынь впоследствии были утрачены.
В советский период храм не закрывался, продолжая богослужебную деятельность. В годы Великой Отечественной войны он оставался действующим, предоставляя духовное утешение жителям блокадного Ленинграда. В 2016 году в храме был устроен нижний крестильный придел во имя Архистратига Михаила и прочих Небесных Сил бесплотных.