В 1893 году серпуховский купец второй гильдии Василий Фёдорович Астапов выступил с инициативой строительства каменного храма на Занарском кладбище. Он подал прошение епископу Дмитровскому Александру, викарию Московскому, о разрешении на постройку церкви с главным престолом во имя Спаса Нерукотворного Образа и приделами в честь иконы Божией Матери «Знамение» и Трёх Святителей. К прошению был приложен план храма, одобренный Строительным отделением Губернского правления Серпухова.
Проект храма был разработан известным московским архитектором Романом Ивановичем Клейном. Строительство началось в 1893 году, и к 9 января 1896 года инженер Ф. Шуберский сообщил о завершении работ, отметив, что «как церковь, так и колокольня, устроены вполне прочно и соблюдены все правила технического искусства».
Архитектурный ансамбль храма представляет собой яркий пример «русского стиля» конца XIX — начала XX века. Центральный иконостас был выполнен из цинка с позолотой и содержал иконы, изображающие события Страстной седмицы: «Тайная Вечеря», «Распятие Господне», «Снятие Господа с креста» и «Воскресение Христово».
В советское время, в конце 1930-х годов, храм был закрыт. Богослужения и требы продолжались в колокольне до начала Великой Отечественной войны. В конце 1940-х годов здание храма использовалось под продовольственный склад, что привело к его запустению и разрушению. Храм лишился шатра и главок, был разрушен верхний ярус колокольни с парадными воротами. Из интерьера сохранились сильно закопчённые фрагменты настенной росписи в стиле академической живописи.
В 1999 году, по благословению митрополита Крутицкого и Коломенского Ювеналия, братия Высоцкого монастыря приступила к восстановлению храма. Были выполнены консервационные работы, устроена временная кровля, восстановлены шатёр и главки с крестами. Проведены коммуникации: газовое отопление, водопровод и электричество. Восстановлена разрушенная кирпичная кладка фасадов, частично оштукатурены внутренние помещения. Над входом в церковь установлена керамическая икона Спаса Нерукотворного. Расчищены подвал и прилегающая территория, обустроено крыльцо. В домике при церкви, где находится воскресная школа, канцелярия, трапезная и просфорня, проведён косметический ремонт.
