Изначально, на погосте близ села Мартемьяново, на реке Пахре, существовала деревянная церковь, посвящённая святому Георгию Победоносцу. Она известна с XV века и несколько раз подвергалась пожарам, после чего восстанавливалась. В 1788 году владелица села, Анна Алексеевна Салтыкова, подала прошение митрополиту Московскому и Калужскому с просьбой разрешить строительство нового каменного храма на новом месте. Строительство было завершено в 1793 году.
Архитектурно храм выполнен в стиле раннего классицизма. Он представляет собой одноглавый двусветный четверик с высоким сводом, трапезной и двухъярусной колокольней. Фасады украшены лепным декором и завершаются фронтонами.
Во время Отечественной войны 1812 года церковь была осквернена, но не получила значительных повреждений. В 1930-е годы храм был закрыт, а позже практически разрушен местными жителями: по кирпичику были разобраны колокольня, трапезная и алтарь, сняты крыши и окна.
В 2000 году храм был возвращён православной общине. В Рождество 2001 года, по благословению митрополита Крутицкого и Коломенского Ювеналия, в храме возобновились богослужения.
