Первая церковь в честь Рождества Богородицы (взамен обветшавшей Никольской церкви) построена здесь около 1627 года когда владельцем села был князь Иван Иванович Шуйский.

В 1653 году село стало патриаршей вотчиной и получило название Владыкино. 19 мая 1690 года Владыкино посетил царь Петр Алексеевич и вместе с патриархом Адрианом молились за литургией в храме села.

Первый каменный храм был построен в 1770 году; колокольня была возведена графом К.Г. Разумовским, владельцем соседнего села Петровское.

В 1854—1858 годах церковь была полностью перестроена архитектором А. Ф. Ярошевским. В 1859 году новый трёхпрестольный (с приделами архангела Михаила и архангела Гавриила) храм был освящён; главный престол в честь Рождества Пресвятой Богородицы был освящён митрополитом Филаретом (Дроздовым).

Однако, вот что в конце июля 1860 года пишет в своем дневнике Иван Михайлович Снегирёв (1793-1868) — русский историк, этнограф, фольклорист, археолог, искусствовед, составитель подробнейшего описания московских церквей и монастырей:

"1860-й год. Июль. 31.

Отправился в сельцо Владыкино на освящение церкви Рождества Богородицы, сооруженной на месте деревянной, купцом Гавр. Матв. Толоконниковым. Она о 5 главах с колокольней. Освящал митрополит Филарет с архим. Иоанникием и Евстафием. Стечение народа было большое. В числе почетных посетителей был обер-прокуpop Св. Синода гр. Толстой. Следуя древнему обычаю, Толочанинов (прим.: возможно при издании дневника неверно указана фамилия - "Толоконников") предложил обильную трапезу присутствовавшим, которых была не одна сотня. Около церкви раскинуты были палатки и поставлены на открытом воздухе, где обедало несколько сот народа. Духовное празднество. Когда предложена была храмоздателем заздравная чаша за Государя Императора и царственный дом и возглашено протодиаконом и певчими многолетие, за всеми столами раздалось громкое протяжное ура. После того все собрание приветствовало торжественным восклицанием имена Московского архипастыря, освятившего храм, и самого храмоздателя. Златоустинский архимандрит Евстафий после трапезы предложил духовную пищу, раздав в церкви желавшим книжки духовного содержания, руководствующие к вере и благочестию......".

В советское время храм для богослужений не закрывался.

В 1970-е годы были планы снести храм при строительстве эстакады в начале Алтуфьевского шоссе, но прихожанам удалось его сохранить. В 2013 году была впервые за всю постсоветскую историю храма совершена патриаршая служба. Богослужение возглавил Патриарх Кирилл.