Архитектура храма отражает характерные черты позднего московского барокко. Здание выстроено из кирпича, фасады украшены белокаменными наличниками и декоративными элементами. По углам расположены белёные кирпичные полуколонны, а на сводах возвышается восьмигранный глухой фонарь с фальшивыми раскрашенными окнами.
В конце XVIII века к храму была пристроена колокольня, а в 1850-х годах в трапезной части устроили придел во имя мученика Виктора.
В советское время, в конце 1930-х годов, храм был закрыт. Во время Великой Отечественной войны в его стенах размещался госпиталь, а в последующие десятилетия здание стояло пустым и постепенно разрушалось. В конце 1950-х годов колокольня была разобрана, а юго-восточная часть алтаря разрушена. Кровля трапезной обветшала и местами обрушилась, оставив от трапезной лишь стены.
Возрождение храма началось в конце 1990-х годов. Осенью 2001 года стартовали восстановительные работы, и уже в мае того же года в храме возобновились богослужения. К настоящему времени завершены почти все наружные реставрационные работы, и храм вновь открыт для прихожан.
Сергиевский храм в Могутово признан объектом культурного наследия федерального значения.
