Первое документальное упоминание об Успенской церкви в селе Гжель относится к первой половине XVII века. Согласно писцовым книгам 1631–1633 годов, к церкви значилась пустошь, которой владел священник Василий. В то время в селе существовала еще одна церковь — во имя святого великомученика Димитрия Солунского, однако к 1680 году она уже не функционировала и обветшала.
В 1701 году на месте деревянной Успенской церкви была возведена каменная. 11 сентября того же года священнику Карпу Кириллову был выдан антиминс для нового храма. Однако в 1736 году церковь пострадала от пожара, случившегося ночью 2 июня. Сгорела крыша, своды и внутреннее убранство, но иконы и утварь удалось спасти. В 1737 году был издан указ о необходимости восстановления пострадавшего храма.
В первой половине XIX века Успенская церковь стала центром небольшого благочиния, объединявшего несколько соседних приходов. В 1845 году в ведении настоятеля Успенской церкви находилось семь других церквей, включая Богородице-Рождественскую церковь у речки Захаровки и Троицкую в селе Фаустово.
В 1859 году по проекту архитектора Казимира Викентьевича Гриневского была построена новая каменная церковь. Гриневский, окончивший с золотой медалью Высшее Строительное училище в Санкт-Петербурге, известен своими работами над проектами храмов и гражданских построек. В 1889 году церковь была перестроена: видоизменена колокольня и пристроены две каменные часовни. Храм имеет три придела: центральный — во имя Успения Богородицы, северный — в честь святителя Николая Мирликийского и южный — во имя Казанской иконы Божией Матери. К началу XX века в границах прихода насчитывалось пять часовен в различных деревнях.
До закрытия в 1938 году храм считался одним из самых красивых в уезде и назывался «Успенским собором» благодаря своей архитектуре и многочисленному клиру. Однако в годы советской власти церковь сильно пострадала: было уничтожено внутреннее убранство, разобраны колокольня и купол, уничтожены церковная ограда и кладбище. После закрытия здание использовалось под склады, а в 1950-е годы в нем разместился филиал Люберецкого учебно-производственного предприятия Всесоюзного общества слепых. В 1980-е годы храм перешел к НПО «Синь России» и использовался как цех по производству нетканых материалов.
В 1994 году был поднят вопрос о передаче здания Успенской церкви верующим. В 1997 году по благословению митрополита Крутицкого и Коломенского Ювеналия была создана община Успенской церкви, и в феврале 1998 года в храме возобновились богослужения. С тех пор ведутся восстановительные работы: в декабре 2002 года восстановлен центральный купол, в 2006 году — фасадные и цокольные части здания. Проводятся работы по восстановлению колокольни, внутреннему благоустройству, замене окон и монтажу фарфорового иконостаса.
