Строительство храма началось в 1839 году в деревне Погост, принадлежавшей Анатолию Демидову. Деревня была переименована в село Ново-Сергиевский погост. Храм был посвящён преподобному Сергию Радонежскому, поскольку эти земли с XV по XVII века входили в состав владений Троице-Сергиевой лавры. Строительство велось на пожертвования местных крестьян и завершилось в 1841 году. Тёплая трапезная была освящена в 1839 году, а отделка холодного храма продолжалась до 1845 года.
В 1876 году храм был реконструирован: расширена трапезная с устройством двух приделов — Покрова Пресвятой Богородицы и святых апостолов Петра и Павла.
В 1938 году храм был закрыт, здание использовалось как зернохранилище. В 1991 году храм был передан православной общине в сильно разрушенном виде. Начались богослужения и одновременно реставрация храма, затянувшаяся более чем на десятилетие.
