Первоначально на месте современного храма в 1719 году была построена деревянная церковь, освященная в честь Успения Пресвятой Богородицы. В 1748 году, после пожара, граф А.Е. Мусин-Пушкин финансировал восстановление храма, добавив второй престол в честь Трех святителей.
С 1820 по 1826 год на средства Е.Ф. Муравьевой, последней владелицы села Мухино, была построена каменная церковь по проекту архитектора И.И. Межецкого. В новом здании были устроены три престола: основной в честь Успения Пресвятой Богородицы, правый в честь святителя Николая Чудотворца и левый в честь великомученицы Екатерины. Особое внимание привлекала икона святой Екатерины, пожертвованная Е.Ф. Муравьевой.
В советский период храм, как и многие другие культовые сооружения, был закрыт в 1938 году. Здание использовалось для различных нужд, включая мастерские и склады. В 1945 году была составлена комиссия для оценки состояния церкви, установившая значительные разрушения, включая отсутствие полов, культового имущества и повреждения конструкции.
С 1991 года, благодаря усилиям местных жителей, были возобновлены богослужения. В 1993 году храм был освящен, а к 2006 году завершены работы по восстановлению центрального придела и подведению газа. 21 марта 2010 года архиепископ Георгий совершил Божественную литургию в обновленном храме.
