Архитектурно храм представляет собой небольшую кирпичную шатровую церковь, близкую по стилю к Успенской церкви Брусенского монастыря в Коломне. Основу здания составляет кубический четверик с сильно выдвинутой трёхчастной апсидой на восточной стороне. Четверик перекрыт гранёным восьмигранным шатром со световым барабаном, опирающимся непосредственно на стены без промежуточного восьмерика, что является редким приёмом и сближает храм с Успенской церковью Брусенского монастыря. Фасады разделены лопатками на три прясла, среднее из которых шире и выше боковых. Окна украшены узорчатыми наличниками из резного кирпича, а перспективные белокаменные порталы завершены высокими килевидными арками с «дыньками».
В 1660-х годах храм подвергся частичной перестройке: закомарное покрытие четверика было заменено на прямой карниз, а также были заложены древние щелевидные окна, напоминающие бойницы. В конце XVIII — начале XIX века к западной стороне храма была пристроена кирпичная трапезная, а в 1861 году — деревянная колокольня «на столбах», перенесённая из разобранной церкви в селе Булгакове. В 1872 году в трапезной был устроен придел в честь преподобного Сергия Радонежского.
В 1885 году епархиальное начальство запретило богослужения в храме до проведения необходимых ремонтных работ. Проект реставрации был разработан академиком архитектуры Игнатием Залесским, а наблюдение за работами осуществлял представитель Московского археологического общества А.М. Павлинов. В 1887 году здание церкви было обновлено и укреплено, а в 1891 году вокруг храма была возведена каменная ограда.
В начале XX века при Ильинском храме функционировала церковно-приходская школа, предоставлявшая начальное образование местным жителям. В 1922 году, в ходе кампании по изъятию церковных ценностей, из храма была изъята утварь общим весом около 2,2 кг серебра. К 1925 году приход насчитывал 25 человек. В 1930-х годах храм был закрыт, трапезная и колокольня разобраны, а здание пришло в запустение.
В 1990-х годах Ильинский храм был возвращён Русской Православной Церкви в аварийном состоянии: стены имели значительные трещины, частично разрушена кирпичная кладка, цоколь находился в неудовлетворительном состоянии. С 1997 года в храме начали совершаться молебны и панихиды. Летом 2005 года клирики Коломенского благочиния провели первую Божественную литургию в стенах храма после долгого перерыва.
В 2007–2009 годах Ильинский храм был включён в федеральную программу финансирования реставрации памятников архитектуры. Были проведены комплексные научные исследования, подготовлена проектная документация, начаты работы по восстановлению кирпичной кладки и возведению защитных конструкций. Однако в 2009 году финансирование было приостановлено, и работы заморожены.
В 2014 году, по благословению митрополита Крутицкого и Коломенского Ювеналия, был создан Попечительский совет под руководством Николая Павловича Овсиенко, целью которого стало содействие в реставрации храма. Весной 2015 года, на средства, собранные Благотворительным фондом Московской епархии по восстановлению порушенных святынь, ремонтно-восстановительные работы были возобновлены. 14 сентября 2016 года митрополит Ювеналий совершил великое освящение Ильинского храма и возглавил Божественную литургию в новоосвящённой церкви.
