Храм Спаса Нерукотворного Образа в селе Тихменево относится к числу памятников церковной архитектуры Ярославской области. Точная дата его основания неизвестна, однако архитектурные особенности позволяют отнести строительство к концу XVIII — началу XIX века. Храм выполнен в традициях позднего классицизма с элементами местного зодчества.
В документах середины XIX века церковь упоминается как действующий приходской храм Рыбинского уезда. Главный престол был освящен в честь Нерукотворного Образа Спасителя, что соответствует распространенной в регионе традиции посвящения храмов этой иконе. В клировых ведомостях 1850-х годов указано наличие деревянной колокольни, позднее замененной на каменную.
В советский период, согласно архивным данным, храм был закрыт постановлением местных властей в конце 1920-х годов. Здание использовалось как складское помещение, что привело к утрате внутреннего убранства. Частичное разрушение кровли и оконных проемов зафиксировано в актах технического состояния 1940-х годов.
В 1990-е годы начался процесс передачи храма Ярославской епархии. Реставрационные работы проводились поэтапно: в 1998 году восстановлена кровля, к 2005 году завершена реконструкция фасадов. Особенностью архитектуры является сочетание объемной композиции, характерной для городских храмов, с пропорциями, типичными для сельского церковного зодчества.
Архивные источники свидетельствуют о наличии в храме иконостаса второй половины XIX века, утраченного в период закрытия. Сохранились фрагменты настенной росписи, выполненной в академической манере. В настоящее время богослужебная жизнь храма восстановлена в соответствии с уставом Русской Православной Церкви.