Храм Василия Великого в селе Васильевское был возведен в 1784 году на месте прежней деревянной церкви, существовавшей с середины XVI века. Первые упоминания о деревянных храмах на этом месте относятся к XVI столетию: в селе находились две церкви — во имя Василия Великого и мученицы Параскевы. В начале XVIII века здесь была построена новая деревянная церковь, посвященная Василию Великому, которая к концу столетия обветшала.
Каменный храм, сохранившийся до наших дней, строился с 1784 по 1802 год. Главный престол был освящен в честь Василия Великого, а придел — во имя преподобного Сергия Радонежского. Колокольня первоначально оставалась деревянной, но в 1816 году началось строительство каменной звонницы по проекту тверского архитектора А. Трофимова. Работы прерывались из-за крупного пожара в 1817 году, уничтожившего старую колокольню и часть села. Колокольня была завершена к 1826 году.
В 1837–1844 годах к храму была пристроена трапезная с двумя теплыми приделами: южным в честь Архангела Михаила и северным во имя святителя Митрофана Воронежского. Средства на строительство были пожертвованы церковным старостой, крестьянином Михаилом Даниловичем Камеловым, который позднее был погребен в Михайловском приделе.
Росписи интерьера выполнены в стиле классицизма и представляют собой редкий образец тверской иконописной школы начала XIX века. В холодном храме сохранились изображения «Новозаветной Троицы», архангелов, евангелистов, а также сцены Вселенских соборов. В 1842 году живопись была поновлена, а в конце XIX века клеевые росписи прописаны маслом.
Храм действовал до 1940-х годов, после чего был частично разорен: своды и стены приделов разрушены, кирпич использован для строительства местной школы. В 1991 году началось восстановление церкви, и в том же году состоялось первое богослужение. К 2011 году были восстановлены интерьеры, приобретены иконы и церковная утварь.