Этот храм является уникальным памятником архитектуры и ярким образцом зодчества нарышкинского стиля и выдающимся примером декоративно-прикладного и изобразительного искусства.

Церковь имеет два престола: верхний – летний храм в честь Спаса Нерукотворного, и нижний - зимний храм в честь Покрова Пресвятой Богородицы.

Храм был построен в конце XVII в. (1690-1694 гг.) боярином Львом Кирилловичем Нарышкиным (родным дядей Петра I) в его подмосковном имении Фили. Его архитектором стал крепостной Яков Бухвостов.

Предание о создании храма связано с событиями Стрелецкого бунта 1682 г., когда после смерти царя Федора Алексеевича решался вопрос о престолонаследии между детьми царя Алексея Михайловича от двух браков. Милославские, родственники первой супруги, стремились оттеснить от престола Нарышкиных. Тогда в числе сторонников царевича Петра от рук стрельцов погибли два старших брата Льва Кирилловича – Иван и Афанасий. Лев Кириллович, спрятанный царицей Натальей Кирилловной на женской половине царского дворца, молился образу Спаса Нерукотворного, дав обет по избавлении от смерти воздвигнуть храм. Через семь лет он исполнил свое обещание, разобрав в Филях старый деревянный храм и заложив новый каменный.

Сохранилось предание о том, что Петр I пожаловал на украшение храма 400 золотых червонцев из казны. Автором резного убранства храма был Карп Иванович Золоторёв, известный мастер Оружейной палаты.

Дальнейшая история филевской церкви, принадлежавшей семье Нарышкиных до 1868 г., имеет ряд знаменательных страниц. 7 июня 1763 г. Фили посетила императрица Екатерина II, находившаяся в Москве по случаю коронации. Императрица присутствовала на богослужении в храме. Первые сведения об обновлении церкви относятся к 1782 г., когда были произведены довольно значительные работы в интерьере нижнего храма. Работы проводились под наблюдением знаменитого архитектора М.Ф. Казакова. Филевский храм сильно пострадал в Отечественную войну 1812 года, когда солдаты Наполеона устроили там конюшни. Восстановление храма осуществлялось за счет щедрых жертвователей. Но основные работы были проведены в 1850-1853 гг. на средства приходского старосты купца И.П. Гладилина. Храм оставался действующим до июля 1941 г. Великая Отечественная война нанесла большой урон его архитектуре. До 1943 г. здесь располагался лазарет, а после, до 1963 г., склад бумажных изделий.

В 1952 г. начались первые восстановительные работы. В 1971 г. храм-памятник был передан Центральному музею древнерусской культуры и искусства имени Андрея Рублева. Основной объем реставрационных работ был завершен к 1980 г.

14 октября 1992 года состоялось первое богослужение (молебен) в нижнем храме, а с 28 марта 2000 г. здесь возобновились регулярные (праздничные) богослужения. Из первоначального убранства сохранились храмовая икона «Покров Богородицы», икона «Трёх радостей», а также дубовый престол — один из древнейших сохранившихся престолов.

В 2021 году началась комплексная реставрация здания. Специалисты приведут в порядок фасады, кровлю, окна и двери, лестницы и гидроизоляцию.