В росписи церквям 1657 года указано село Востролучье, в нем церковь Козьмы и Дамиана: «У той церкви поп Козьма Васильев сказал, что крестьян и бобылей у него нет, а у него де дети Ермолко с ним у церкви во дьячках, а другого Макарком зовут, и тот де болен».

Согласно окладным книгам 1676 года в селе в Остролучье значится Космодемьяновская церковь: «У той церкви двор попа Казьмы, двор попа Макария, двор дьячка Кононки. У той церкви земли 20 чети в поле, а в дву потомуж, сенных покосов на 40 копен. Земля и луга великого государя жалованья, а иных никаких угодий - поп Казьма сказал нет, в приходе к той церкви: 51 двор детей боярских, два двора вдовьих. И всего 56 дворов».

В 1884 году была построена взамен обветшавшей деревянной в селе на средства прихожан каменная теплая церковь в честь бессребреников Косьмы и Дамиана. Богослужения в церкви вели священник Иоанн Семенович Богоявленский, дьякон Иван Гаврилович Пальмов, псаломщик Никита Николаевич Сиротинский. В 1910 году при храме действовали церковно-приходская и земская школы. У причта имелось 11 десятин приусадебной земли и более 35 десятин полевой земли примыкающей к селу. При церкви действовало добровольное объединение мирян, осуществлявшее заботу о храме, велась благотворительная деятельность. 

Последним священником Космодемьяновской церкви села Остролучье был Богоявленский Виктор Иванович, 1889 года рождения. Окончил Тамбовскую Духовную Семинарию, был женат на Богоявленской Елизавете Петровне, имел двое детей. Сохранились материалы допроса отца Виктора арестованного в 1925 году по обвинению в поминовении за богослужениями патриарха Тихона (Белавина): «4 февраля 1925 г. Виновным себя не признаю. Я действительно чествовал в молитвах при совершении богослужений бывшего патриарха гражданина Тихона Белавина следующими словами «еще молимся о господине нашем Всероссийском святителе патриархе Тихоне». Указанное чествование было только на ектениях и Великом входе. Циркуляр № 254 я не знал и никаких запретов от своего благочинного Елеонского Михаила я не получал. Поминал патриарха по своей несознательности и под давлением общества, фамилии лиц указать не могу, которые предложили мне поминать и я подчинился, боясь потерять приход, где я родился и так привык к родине» (ГАТО Ф. Р-524. Оп. 2. Д. 193. Л. 9). 1 апреля 1925 г. по приговору Губсуда В.И. Богоявленский по суду был оправдан (ГАТО Ф. Р-524. Оп. 2. Д. 193. Л. 39). 22 декабря 1938 года беспартийный священник В.И. Богоявленский по приговору «тройки» УНКВД по Тамбовской области расстрелян.

В конце 1940-х годов кирпичная Космодемьяновская церковь села Остролучье была полностью разобрана так, что место где она находилась удавалось помнить только благодаря старожилам, а в 2025 году местными жителями было отмечено поклонным крестом.