Церковь во имя святителя Леонтия, епископа Ростовского, в селе Фатьяново была построена в период между 1789 и 1794 годами на средства прихожан. Храм каменный, первоначально одноглавый, с двумя колокольнями. Престолы освящены в честь святителя Леонтия Ростовского, Архистратига Михаила и святителя Николая Чудотворца. Архитектурный стиль сооружения соответствует неоклассицизму.
В начале XX века храм подвергся значительной реконструкции. В 1900-х годах по проекту архитектора Б.П. Новикова были пристроены дополнительные приделы: с южной стороны — во имя Смоленской иконы Божией Матери, с северной — во имя святителя Димитрия Ростовского. Финансирование работ осуществлялось при участии святого Иоанна Кронштадтского. В результате реконструкции храм приобрел четыре звонницы с куполами над приделами.
В 1801 году интерьер храма был украшен росписями маслом, выполненными художником И.И. Рышковым. Сохранились сведения о духовенстве, служившем в храме в XIX веке. В 1847 году причт включал священника Андрея Герасимова, диакона Ивана Иванова, дьячка Андрея Зиновьева и пономаря Дмитрия Николаева. К 1853 году упоминается священник Иоанн Новоселов, окончивший семинарский курс и состоявший в сане с 1843 года.
В советский период, приблизительно после 1935 года, храм был закрыт для богослужений. Здание использовалось не по назначению, что привело к его постепенному разрушению. Колокольня не сохранилась. К началу XXI века храм находился в аварийном состоянии, хотя основные архитектурные формы оставались узнаваемыми.
Церковь расположена в центре села Фатьяново, вокруг храма сохранилась традиционная сельская застройка. Наиболее ранние фотографические изображения храма относятся к 1911 году и опубликованы в журнале «Русский паломник». В 1960-х годах были сделаны фотографии, зафиксировавшие состояние храма в тот период.