Первое упоминание о церкви святых Косьмы и Дамиана в Болшеве относится к 1585 году. В то время на реке Клязьме существовала деревянная клетцкая церковь, построенная в традициях русского деревянного зодчества. Точная дата её постройки неизвестна, однако имеются свидетельства, что храм мог быть возведён около 1400 года, что делает его одним из древнейших на данной территории.
В 1680 году боярин князь Юрий Михайлович Одоевский инициировал строительство новой деревянной церкви на новом месте, примерно в четверти версты от старого кладбища. Этот шаг был обусловлен обветшанием прежнего храма и стремлением обеспечить местное население достойным местом для богослужений.
В 1786 году по инициативе князя Петра Ивановича Одоевского началось возведение каменного храма, который сохранился до наших дней. Строительство велось рядом с существующей деревянной церковью, которая впоследствии была разобрана. Колокольня храма выполнена в стиле русского барокко, что придаёт сооружению особую архитектурную выразительность.
В 1800 году князь Пётр Одоевский построил рядом с летним Космодамианским храмом зимнюю (тёплую) церковь в честь Преображения Господня. Это позволило проводить богослужения в комфортных условиях в холодное время года, что было важно для прихожан.
В 1898 году на пожертвования прихожан и местных фабрикантов, по проекту архитектора Бориса Шнауберта, к храму был пристроен южный придел во имя Казанской иконы Божией Матери. 9 июля 1900 года состоялось его освящение, что расширило возможности храма для проведения богослужений и приёма большего числа верующих.
В 1929 году, в период гонений на церковь, оба храма — Космодамианский и Преображенский — были закрыты. Однако вскоре разграбленный Космодамианский храм был возвращён приходу, и богослужения в нём возобновились, несмотря на многочисленные попытки властей добиться его окончательного закрытия. С 1932 года до ареста в 1938 году настоятелем храма служил священник Александр Русинов, расстрелянный на Бутовском полигоне и канонизированный в 2002 году в лике священномученика.
В советский период храм пережил трудные времена, но благодаря усилиям прихожан и духовенства продолжал функционировать. В настоящее время Космо-Дамианский храм отреставрирован и является действующим. В нём находятся частицы мощей святых римских бессребреников Косьмы и Дамиана, а также иконы с частицами мощей преподобномучениц Варвары и Елисаветы. При храме расположено небольшое кладбище с могилами священнослужителей и известных местных жителей.
