Первое документальное упоминание о храме датируется 1625 годом, когда на этом месте находилась деревянная церковь с приделами во имя Николая Чудотворца и священномученика Поликарпа. В апреле 1626 года, в результате крупного пожара, деревянный храм был уничтожен. На его месте началось строительство каменной церкви, главный престол которой был освящен в честь Благовещения Пресвятой Богородицы, а придел — во имя святых Космы и Дамиана. Несмотря на официальное название, в народе храм продолжал именоваться по приделу.
К началу XVIII века здание обветшало, и в 1703 году началась его капитальная перестройка. Однако в 1714 году, в связи с указом Петра I о запрете каменного строительства в Москве, работы были приостановлены. Строительство возобновилось в 1722 году после получения соответствующего разрешения. В результате храм приобрел черты, характерные для московского барокко начала XVIII века, сохранив при этом элементы предыдущей постройки.
В 1773 году храм серьезно пострадал от пожара, после чего был отремонтирован в 1785 году. Во время Отечественной войны 1812 года церковь чудом избежала разрушения и разграбления, несмотря на то, что рядом с ее стенами произошли трагические события, связанные с расстрелом москвичей, обвиненных французскими войсками в поджогах города.
В первой половине XIX века храм претерпел значительные изменения: в 1821—1824 годах под руководством архитектора Александра Элькинского был построен северный придел во имя Воскресения Словущего, а в 1857—1858 годах, на средства почетных граждан А. В. и И. В. Борисовских, возведена новая колокольня и южный придел во имя святых Космы и Дамиана. Эти перестройки придали храму черты эклектики, сочетая элементы барокко и классицизма.
После революции 1917 года храм продолжал функционировать, однако в 1929 году был закрыт, а в 1933 году колокольня частично разрушена. Здание использовалось под различные нужды, включая хранилище Библиотеки иностранной литературы, что способствовало его сохранению. В 1970-х годах была проведена частичная реставрация, в ходе которой были обнаружены фрагменты живописи XVIII—XIX веков.
В 1991 году храм был возвращен Русской Православной Церкви, и в нем возобновились богослужения. В 2003 году была восстановлена колокольня, утраченную звонницу заменили новыми колоколами, отлитыми на заводе ЗИЛ. В 2019 году храм официально передан в собственность Русской Православной Церкви.
