Заявление о строительстве приходской церкви в Владимировке было подано Самарской духовной консисторией в Губернское правление 11 мая 1870 года, и через три месяца оно получило одобрение. По клировым ведомостям, деревянная церковь, вероятно, холодная, рассчитанная на 600 верующих, была построена в 1877 году по проекту, утвержденному губернским архитектором. Однако, по другим данным, строительство завершилось в 1875 году. Средства на строительство были собраны прихожанами, и 20 ноября 1877 года церковь была освящена в честь Михаила Архангела. В 1888 году при храме открылась церковно-приходская школа, но приписных часовен и церквей не было. После прихода советской власти церковь долго оставалась действующей и была закрыта только около 1937-1938 годов. Впоследствии в здании разместили зернохранилище, но его внешний вид и убранство практически не пострадали.

Во время Великой Отечественной войны жители Владимировки неоднократно обращались в Совет по делам Русской Православной Церкви при Совете Министров СССР в Куйбышевской области с просьбой возобновить богослужения в закрытом храме. 23 апреля 1946 года просьба была удовлетворена, и община Михаило-Архангельской церкви была официально зарегистрирована с собственным культовым зданием. С тех пор церковь действовала до 1995 года, когда после смерти протоиерея Василия Космача, служившего настоятелем с 1958 года, богослужения прекратились на четыре года. Приходская жизнь возобновилась в 1999 году с назначением иерея Владимира Бахтина. За время его настоятельства были проведены значительные работы по сохранению здания церкви: заменена кровля, обшивка стен, окна и обустроена система отопления.