Космодемьянская церковь известна деревянной, когда ее строил Иван Грозный, в связи с основанием Государева Хамовного двора. В 1655-1656гг. Филипп Савельев выстроил здесь каменный пятиглавый каменный храм. Главный престол - Рождества Богородицы. В 1740-х гг. поставлена колокольня в пять ярусов, с оригинальным двухъярусным гульбищем на колоннах, а вокруг нее кованая ограда выполнена приблизительно в 1760-х годах. Внутри Козьмодемьянской церкви находился один из лучших иконостасов московского барокко с резьбой и иконами, здесь же был и образом Иоанна Предтечи (1689) с подписью Т.И. Филатьева. В середине XVIII века была возведена большая теплая трапезная, куда из правой абсиды и был перемещен придел Космы и Дамиана. В 1848-м холодный храм был расписан художником А.К. Малаховым, а в 1890-х - иконостас заменили на искусственный мрамор (мастер Орлов).

В 1930 г. церковь Космы и Дамиана закрыли, а в 1933-м разрушили главы и колокольню; чуть позже храм был снесен до основания.

На Большой Полянке, 4, где ранее находился храм, в 1939 г. арх. Б.Н. Блохин и А.К. Буров построили жилой шестиэтажный дом.