Храм расположен на месте небольшого монастыря Рождества Пресвятой Богородицы на Голутвине в Колычёвой слободе, упомянутого в завещании великого князя Ивана III в 1504 г. Существует несколько версий происхождения слова «Голутвин» (по существовавшему здесь в 1742 г. подворью Коломенско-Голутвинского монастыря; по Рождественско-Голутвинскому монастырю, располагавшемуся на этом месте; от «голутьвы» — просеки и «голяди» — племени, обитавшему на территории нынешней Московской области). Престолы: Рождества Пресвятой Богородицы, Свт. Николая Чудотворца, Тихвинской иконы Божией Матери.
Первая крупная перестройка церкви была предпринята в 1772 г., когда частично были переделаны трапезная с южным приделом и апсида храма, получившие декоративную отделку в стиле барокко. В 1823 г. по проекту архитектора Ф.М. Шестакова трапезную расширили северным приделом, решённым в стиле ампир. Тогда же на западном фасаде трапезной, перед входом, был сооружён небольшой притвор.
Храм был закрыт в 1923 г. В 1933 г. в Третьяковскую галерею переданы иконы работы Т. Филатьева (1691): Спас Вседержитель, Иоанн Богослов, иконостас; в музей «Новодевичий монастырь»: икона Благовещение (кон. XVII в.; Т. Филатьев). В 1930-е гг. полностью разрушены колокольня, все 5 глав, в 1960—70-е гг. ограда с воротами и дом причта. В храме размещалась кафедра геологоразведочного института, затем помещение храма передано Третьяковской галерее. Реставрация — с 1933 г.
Богослужения возобновлены в 1992 г. В настоящее время восстановлена разрушенная надвратная колокольня и Никольский придел.