Село Быково известно с XIV века, впервые упоминается в духовной грамоте князя Дмитрия Донского. В начале XVII века здесь существовала деревянная церковь во имя Рождества Христова, о которой имеется упоминание в 1628 году. В 1704 году на средства дворцового приказа была построена каменная церковь с колокольней, освящённая в честь Рождества Христова.
В 1762 году село было пожаловано генерал-губернатору Москвы Михаилу Михайловичу Измайлову. В память о своей супруге, Марии Александровне Нарышкиной, Михаил Измайлов решил возвести новый храм. Строительство началось в 1783 году и продолжалось до 1789 года. Проект церкви приписывают архитектору Василию Ивановичу Баженову, с возможными доработками Матвея Казакова. Церковь имеет уникальную овальную форму в плане и состоит из двух этажей, что соответствует её двум престолам. Фасад облицован белым камнем, придающим зданию особый изыск.
В 1830-х годах рядом с церковью была построена отдельно стоящая колокольня, выполненная в том же готическом стиле, что и храм. В советский период, в 1930-х годах, церковь была закрыта, в её помещениях размещались швейная фабрика и склад.