Согласно преданию, в 1445 году великий князь Василий II Тёмный, возвращаясь из татарского плена, дал обет построить храм на месте, откуда впервые увидит Москву, в честь святого, память которого празднуется в этот день. 30 ноября, в день памяти святителя Григория Неокесарийского, князь исполнил обет, заложив деревянную церковь на месте современного храма. Местность, где был построен храм, называлась «Дербицы», что, по одной из версий, связано с древнерусским словом «дербье», означающим лесистую или болотистую местность.
К середине XVII века деревянный храм обветшал, и в 1667 году началось строительство каменной церкви. Инициатором строительства был священник Андрей Саввич Постников, назначенный настоятелем в 1660 году и впоследствии ставший царским духовником. Строительство велось на средства царя Алексея Михайловича, который лично интересовался ходом работ и выделял значительные суммы из казны. Предположительно, в строительстве участвовали зодчие Иван Кузнечик и Карп Губа, выполнявшие царские заказы.
Архитектурный облик храма представляет собой пример стиля «русское узорочье». Здание включает традиционный для того времени «корабль» с шатровой колокольней на западе, приземистую трапезную и небольшой четверик, увенчанный тремя ярусами килевидных кокошников, называемых «огненными языками». Над ними возвышается пятиглавие с глухими барабанами. Фасады украшены многоцветными поливными изразцами с узором «павлинье око», выполненными мастером Степаном Ивановым Полубесом и его сотоварищами. В оформлении использованы наличники, карнизы, витые колонки и полуколонки, характерные для московского узорочья.
Внутреннее убранство храма также богато. Роспись стен выполняли художники из Костромы и Переславля, включая Гурия Никитина и Силу Савельева. Иконы для иконостаса писали мастера Оружейной палаты под руководством Симона Ушакова.
В XVIII—XIX веках храм претерпел ряд изменений. В 1767 году был устроен придел во имя святителя Григория Богослова, а в 1834 году — придел Боголюбской иконы Божией Матери, выстроенный в стиле ампирной псевдоготики по проекту архитекторов Николая Козловского, Фёдора Шестакова и Василия Балашова. В 1859 году проведена реставрация, включавшая обновление росписей и позолоту иконостаса. Храм имел статус придворного и регулярно посещался членами царской семьи.
Во время Отечественной войны 1812 года храм не пострадал. Существует предание, что Наполеон, впечатлённый красотой церкви, распорядился уберечь её от пожара, и солдаты поливали здание водой, чтобы защитить от огня.
В советский период храм был закрыт в конце 1935 года. Иконы переданы в Третьяковскую галерею, а в 1930 году рассматривался вопрос о сносе шатровой колокольни для расширения тротуара, однако её удалось сохранить, пробив сквозной проход в нижнем ярусе.
В 1990 году храм был возвращён Русской Православной Церкви. К 1996 году завершены реставрационные работы: фасады выкрашены красно-оранжевой краской, архитектурные элементы выделены белилами и бирюзой, кресты вызолочены. 30 ноября 1996 года состоялось освящение главного престола.
В настоящее время храм является действующим. При нём функционирует сестринство во имя иконы Божией Матери «Державная» и православная гимназия. Устроен баптистерий для крещения взрослых, работают магазины церковных тканей, православной литературы и утвари.
