Первое известное упоминание о селе Демьяново и его храме относится к 1624 году. В описях церквей Клинского уезда зафиксировано: «За Иваном Володимировым сыном Благим старая отца его вотчина село Демьяново на реке на Сестре. А в селе церковь во имя Успения Пресвятой Богородицы да придел Николы Чудотворца, деревянна, клецки...»
В 1742 году деревянная церковь сгорела в результате пожара. На её месте в 1746 году генерал-майор Григорий Яковлевич Наумов построил новую каменную церковь. Этот храм представлял собой двусветный четверик с одной главкой на восьмигранном барабане, соединённый трапезной палатой с колокольней 1770-х годов, ранее стоявшей отдельно.
В первой половине XIX века к церкви были пристроены трапезная и колокольня, а южный и северный фасады храма получили классические портики в западноевропейском стиле. Здание в целом выполнено в простом провинциальном стиле. Над куполом поставлена дополнительная шейка с маленькой главкой.
После ночной Пасхальной Литургии 31 марта 1941 года храм был закрыт. Восстановление началось в 1996 году. С тех пор в храме регулярно проходят богослужения и совершаются требы, такие как крещения младенцев и взрослых, венчания, отпевания усопших, молебны, панихиды.
При храме работает воскресная школа для детей и взрослых, военно-патриотический клуб имени Александра Невского, клуб трезвости в честь иконы «Неупиваемая Чаша», организованы курсы золотошвейного дела и светелка «Марьи-искусницы», молодежный хор. Есть библиотека, созданы видео- и аудиотеки, собран музей-ризница «Церковная старина». Проводятся экскурсии по храму и усадьбе для всех желающих.
