Заложен в 1909 году по рисунку С. И. Вашкова, купцом 2-й гильдии Иваном Александренко на свои средства Здание в неорусском стиле было построено в 1913 году, к 300-летию императорского дома Романовых. Достраивалось в период с 1913 по 1916 год. Изначально планировалось освящение церкви как Николо-Алексиевской, но богослужения в храме так и не начались из-за начавшейся революции.
После революции в здании церкви располагались коммунальные квартиры, затем - пионерлагерь, позже - склад декораций Московского театра имени Островского. Здание не ремонтировалось и постепенно разрушалось.
В 1938 году настоятель храма митрофорный протоиерей Леонид Флоренский был арестован, в 1939 году сослан в Казахстан, где скончался приблизительно в 1940 году.
В 1989 году здание церкви передано общине верующих и освящено в честь Спаса Нерукотворного. С 1990 года в храме проводятся богослужения. К 2000 году церковь полностью восстановлена - расписаны алтарь, трапезная, притвор; изготовлены деревянные резные киоты для икон, для звонницы отлиты 15 колоколов.
При храме работают воскресная школа и молодежный хор, а также кружки рукоделия, библиотека, аудио- и видеотека.