Инициатором строительства выступил академик Анатолий Фёдорович Цыб, директор МРНЦ РАМН, который около десяти лет продвигал идею создания больничного храма на территории центра.
8 января 2007 года митрополит Калужский и Боровский Климент совершил чин освящения закладного камня, положив начало строительству храма. Параллельно, 15 мая 2007 года, в здании второй клиники МРНЦ была освящена временная молельная комната, где начали проводиться богослужения и таинства для сотрудников и пациентов центра.
К 2009 году основные строительные работы были завершены, и храм предстал как деревянное здание, выполненное в традиционном русском стиле. Архитектурно он представляет собой восьмерик на четверике, увенчанный позолоченным куполом с крестом. Здание стоит на каменном фундаменте, облицованном плиткой. Главный вход оборудован двухъярусной крышей, а к основному объёму примыкает апсида. Рядом с храмом расположена небольшая деревянная звонница.
30 мая 2010 года митрополит Климент совершил чин великого освящения храма и первую Божественную литургию. С этого момента храм начал полноценно функционировать, предоставляя духовную поддержку и проводя богослужения для сотрудников и пациентов МРНЦ, а также для жителей Обнинска.
В настоящее время храм во имя святителя Луки Крымского продолжает свою деятельность, являясь первым больничным храмом в первом наукограде России. При храме функционирует молельная комната в здании второй клиники МРНЦ, где совершаются таинства и молебны для сотрудников и пациентов центра.
