Храм во имя святой равноапостольной великой княгини Ольги в селе Преполовенка был возведен в 1838 году по инициативе графа Владимира Петровича Орлова-Давыдова, внука графа Владимира Орлова, получившего эти земли от императрицы Екатерины II. Здание храма построено из камня, с колокольней, архитектура которой напоминает морской маяк. Первоначальные завершения колокольни и храма не сохранились, что затрудняет точную реконструкцию их изначального облика.
Храм имел один престол, освященный в честь святой княгини Ольги, и вмещал до 800 прихожан. При храме действовала приходская школа, а также имелись земли для сельскохозяйственных нужд. С 1839 года в церкви велись метрические книги, а в 1878 году была открыта земско-общественная школа, позже преобразованная в церковно-приходскую.
В период советской власти храм был закрыт в 1929 году и использовался как зернохранилище. Во время Великой Отечественной войны в здании размещались курсанты летного морского училища имени Леваневского, которые устроили внутри деревянные перекрытия. После войны храм вновь использовался для хранения зерна, а колокольня служила водонапорной башней.
В начале 1990-х годов храм был возвращен верующим. Прихожане своими силами провели ремонтные работы: восстановили крышу, оконные рамы, внутреннюю отделку. В 1992 году были установлены купола, а в 2009 году на колокольню вернули колокола. С 2008 года богослужения проводятся регулярно. В 2019 году начались реставрационные работы фасада здания.