Село Еремеево известно с XVI века и первоначально входило в состав вотчины Вознесенского монастыря в Москве. В Смутное время прежняя церковь была разрушена. В 1698 году игуменья Варсонофия Бутурлина с сестрами обратилась к патриарху с просьбой разрешить строительство новой церкви во имя Вознесения Господня с приделом святителя Николая Чудотворца в сельце Еремеево. Строительство было завершено в 1699 году.
В 1810 году старая деревянная церковь была разобрана из-за ветхости, и началось строительство новой каменной церкви. Строительство продолжалось с 1815 по 1820 годы на средства прихожан. Церковь была освящена 20 марта 1821 года. Архитектура храма выполнена в стиле зрелого классицизма, с деталями из белого камня. Колокольня была четырехъярусной и выполнена в виде простого куба.
В 1880-х годах были проведены работы по надстройке верхнего яруса колокольни и устройству нового железобетонного свода над трапезной. В интерьере сохранились фрагменты росписи, изображающие библейские сцены и образы святых. Иконостасы были резными и позолоченными.
В 1938 году храм был закрыт после ареста настоятеля иеромонаха Ильи Вятлина, который был расстрелян на Бутовском полигоне. Во время Великой Отечественной войны храм практически не пострадал, несмотря на разрушения в окрестностях.
В 2003 году храм был возвращен Русской Православной Церкви, и возобновлены регулярные богослужения. С тех пор проводятся реставрационные и восстановительные работы, направленные на сохранение исторического облика и улучшение состояния здания.
