Первая в Москве детская больница была учреждена в январе 1841 года князем Дмитрием Владимировичем Голицыным. Больница располагалась в специально построенном для этих целей здании на Малой Бронной улице и была оснащена необходимым медицинским оборудованием для оказания специализированной помощи детям. Домовая церковь, освященная в честь святой мученицы Татианы, была приписана к этой больнице в память о супруге князя Голицына, Татьяне Васильевне, урожденной Васильчиковой, известной своей активной благотворительной деятельностью.
В 1885 году, благодаря щедрости князя Александра Алексеевича Щербатова, была приобретена усадьба для размещения детской больницы. Он передал в дар городу усадьбу своей матери, княгини Софьи Щербатовой, с условием, что больница будет названа в ее честь, а домовая церковь освящена во имя святых мучениц Софии и Татианы, что соответствовало традиции предыдущего храма. Архитектор Александр Каминский был приглашен для разработки проекта перестройки усадьбы и устройства церкви. В декабре 1897 года храм был освящен.
Церковь была двухэтажной, с западным фасадом, увенчанным звонницей. В нижнем этаже располагалась часовня для отпевания. Однако в 1930-е годы храм был закрыт, крест снят, а изъятые церковные ценности составили около 10 кг золота и серебра. В дальнейшем здание использовалось как морг, общежитие, буфет и библиотека, что привело к значительным изменениям в его архитектурном облике. В середине 1970-х годов рассматривался вопрос о сносе храма, но благодаря усилиям защитников исторического наследия этого удалось избежать.
С 2007 года началась активная работа по восстановлению храма. С 2010 года в помещении бывшей часовни стали регулярно совершаться богослужения. 3 июня 2013 года архиепископ Истринский Арсений совершил молебен и освятил кресты, которые были установлены на куполах храма. 26 декабря 2014 года Святейший Патриарх Московский и всея Руси Кирилл совершил чин малого освящения восстановленного храма святых мучениц Татианы и Софии.
