Die heiligen Kosmas und Damian gelten als Schutzpatrone der Schmiede, weshalb die Kosmodemyansky-Kirche in Kaluga bis 1794 in der Bogojavlenskaya-Straße, in der Nähe der Schmieden, stand. Später wurden sowohl die Schmieden als auch die Kirche zu den Moskauer Toren verlegt.

Die Kirche wurde 1754 durch ein Feuer beschädigt, und der Glockenturm wurde erst 1836 erbaut. 1881 wurde der Hauptikonostase erneuert und vergoldet, und 1886 wurden die Ikonostasen der Kapellen mit Schnitzereien und Goldverzierungen installiert. 1888 wurde die Kirche bemalt und die bestehende Malerei erneuert.

In den Beschreibungen von 1626 und 1685 wird sie als Kirche des heiligen Nikolaus von Myra erwähnt, aus Holz, mit einem Zeltdach, im alten Fort, mit einer Kapelle zu Ehren von Kosmas und Damian. Im 18. Jahrhundert befand sich die Kirche in der Nähe der heutigen Bogojavlenskaya-Kirche. 1754 brannte die Holzkirche nieder, und 1755 wurde an ihrer Stelle eine neue Steinkirche zu Ehren des heiligen Nikolaus erbaut. 1794 wurde die Nikolauskirche gemäß dem neuen Plan von Kaluga abgerissen und an einen neuen Ort verlegt, der Bau wurde im 18. Jahrhundert abgeschlossen.

Der Hauptaltar der neuen Kirche wurde im Namen des ungeschaffenen Heilands geweiht, aber im Volk wurde die Kirche weiterhin Kозьмодемьянская genannt, obwohl nur eine der Kapellen diesen Heiligen gewidmet war, die andere war zu Ehren des heiligen Nikolaus.

Vor der Revolution wurden in der Kirche wertvolle Gegenstände aufbewahrt, wie das Evangelium auf blauem Papier (1755) und das Gebetbuch von 1658. Die Kirche war berühmt für das Ikone der Gottesmutter „Die Leidende“, geschmückt mit einer silbernen Riza, Perlen und Edelsteinen. Auch die Pochaev-Ikone der Gottesmutter, die aus dem Pochaev-Kloster gebracht wurde, befand sich hier, und einmal pro Woche wurde sie zur Verehrung herabgelassen.

Trotz ihrer einzigartigen Schönheit wurde die Kirche Opfer sowjetischen Vandalismus. Die Priester Antonij (Kobelew) und Nikolaj Vylezhinsky wurden 1926 wegen "antisowjetischer Agitation" verhaftet. Antonij wurde in die Region Belgorod verbannt und 1931 erschossen, das Schicksal von Nikolaj nach seiner Verbannung in die Region Nischni Nowgorod ist unbekannt.

1937 wurde die Kirche geschlossen und als Ort zur vorübergehenden Unterbringung von Gefangenen genutzt. Die Schließung war von Gotteslästerungen und Sakrilegien begleitet. Die Komsomol-Mitglieder versuchten, die Fresken zu übermalen, aber die Bilder der Heiligen traten durch die Farbe hervor. Bei dem Versuch, die Bilder abzuschlagen, fiel einer der Komsomol-Mitglieder tot um. Bei der Abnahme der Glocken fiel einer der Teilnehmer und wurde von einer Glocke zerdrückt.

Nach der Schließung wurde die Kirche als Isolator und später als Garage und Lager genutzt. 1960 wurde sie als architektonisches Denkmal anerkannt. Trotz dessen setzte der Verfall der Kirche fort, und ihre Werte verschwanden.

Am 17. Juli 1992 wurde die Kirche der Kaluzhischen Diözese zurückgegeben und wurde zur Erzbischöflichen Residenz. Am 27. August 1998 weihte Erzbischof Kliment den Altar des Hauptaltars, und die Gottesdienste wurden in der Kirche wieder aufgenommen.

Von 1992 bis 1996 war der Priester Nikolaj Sukhodolov der Leiter, von 1997 bis 2016 war es Priester Georgij Gafarov. Seit dem 23. Mai 2016 ist Priester Sergij Tretjakov, Prorektor des Kaluzhischen Theologischen Seminars, der Leiter.

In der Kirche finden weiterhin Gottesdienste und Restaurierungsarbeiten statt. Vor der Südseite wurde ein Denkmal für die Gefallenen in Afghanistan, Tschetschenien und anderen „heißen Punkten“ errichtet, was die Kirche auch zu einem Gedenkort für Soldaten macht.

In der Kirche gibt es zwei Sonntagsschulen für Kinder und Erwachsene. Samstags finden geistliche Aufklärungsdiskussionen statt und Pilgerreisen werden organisiert.