Известная с самого начала XVII века, после Смутного времени церковь пропадает из московских источников и вновь появляется лишь в 1635 году. Впрочем, первоначально церковь стояла чуть поодаль – на углу 1-го и 3-го Колобовских переулков. Другим было и посвящение: в честь Климента папы Римского, что на Яру. Переход на стрелку 1-го и 2-го Колобовских переулков, ближе к Петровке и дальше от реки Неглинной, случился в 1676 году.

После освящения нового каменного здания в 1681 году церковь получила и новое наименование – иконы Божией Матери «Знамение» за Петровскими воротами. Это должно было обозначить новое местоположение храма и его связь с городскими воротами, которые охранял стрелецкий полк под командованием полковника Никифора Ивановича Колобова. Именно его подчиненные были основными храмоздателями каменной церкви, его же фамилия увековечена в названии трех местных переулков. Местная стрелецкая слобода была одной из крупнейших в столице, насчитывая около тысячи дворов.

Церковь несимметрична: обособленный Климентовский придел внешне имеет форму отдельного сооружения. Редкий для Москвы случай: придел увенчан не одной, а пятью главами. Такое же пятиглавие, но несколько более крупное, завершает основной объем церкви. Второй ярус традиционной для XVII века шатровой колокольни отмечен необычной «двойной» иконой. Внутри большой иконы, изображающей двух ангелов, есть выемка, в которой находился образ Божией Матери «Знамение», утраченный в ХХ веке. Вход, расположенный под колокольней, украшен большим порталом с каменной резьбой, которая ранее была богато расписана. Не менее пышное убранство получили и окна храма с северной и южной сторон.

Помимо главного Знаменского престола, в трапезной храма существовал придел во имя Всех Святых, а после пожара 1812 года Климентовский придел переосвятили в честь преподобного Сергия Радонежского.

В 1844 году в церкви венчался знаменитый московский актер Пров Садовский.

Храм был закрыт в 1932 году и передан сначала московской милиции под архив, а позже – Академии наук СССР под химическую лабораторию. При переделках было полностью утрачено ее убранство, уничтожен иконостас, закрашены росписи (в том числе созданные по эскизам М.В. Нестерова в 1909 году), внутреннее пространство разгорожено на три этажа. Рядом с алтарными апсидами появилась пристройка. Внешне здание было отреставрировано в 1980-х годах, когда оказались вскрыты кокошники на основном четверике, а Климентовский придел снова увенчался пятью главами.

В 1997 году в здании возобновились богослужения. 

Церковь имеет официальный статус храма при ГУВД Москвы, располагающемся через дорогу.

В 1964 и 1983 годах было решено провести работы по сохранению храма и колокольни, а в 1991-м его передали Русской православной церкви. Придел привели в порядок в 2003–2006 годах, колокольню частично отреставрировали в 2012–2013 годах.

С 2019 года в здании продолжается комплексная реставрация. Восстановили кирпичную кладку стен и устройство каменных полов, обновили штукатурку и проложили инженерные коммуникации. В порядок привели окна и двери храма. В настоящий момент мастера реставрируют сохранившуюся и воссоздают утраченную монументальную живопись.

Информация с портала mos.ru