История храма начинается в 1625 году, когда в Москву прибыло персидское посольство для установления дипломатических связей с Россией. В качестве дара от шаха Аббаса I они привезли царю Михаилу Фёдоровичу Ризу Господню, одежду Иисуса Христа, в которой его вели на распятие. Долгое время она находилась на Кавказе и была захвачена персами при завоевании Грузии. Русская делегация встретила посольство у Калужских ворот, на дороге к Донскому монастырю, и вместе они отправились в Кремль. Позже Риза была разделена: одна часть осталась в Успенском соборе в Москве, две другие отправлены в Петербург, в Петропавловский собор и в домовую церковь в Зимнем дворце. Небольшие частицы были переданы крупным монастырям, таким как Киево-Печерская лавра и Костромской Ипатьевский монастырь. Одна частица осталась на Донской улице, где в память о встрече персидских послов была построена деревянная церковь, о которой сегодня напоминает белокаменный обелиск.

В начале XVIII века начался сбор средств на строительство каменного храма на Донской улице в честь Ризы Господней. Сначала был построен придел во имя святой Екатерины, возможно, в честь жены Петра I, будущей Екатерины I, к которому позже пристроили основной объём храма. Освящение новой церкви состоялось в 1716 году. Храм, выполненный в стиле «нарышкинского барокко», получил богатое убранство фасадов. Особенностью стали крупные раковины вместо привычных кокошников. С запада к храму примыкает традиционная шатровая колокольня с 40 маленькими окошками. Церковь увенчана пятиглавием, а купола сделаны чёрными и гранёными. Центральный крест украшает маленькая корона, символизирующая покровительство царской династии.

Барочный стиль фасадов отражён и в интерьере. Стены храма украшены лепниной с картушами, цветами и листьями, а также головками ангелов. Композицию продолжает шестиярусный иконостас, созданный мастерами Оружейной палаты. Особенно выделяются резные Царские Врата с иконой Благовещения и фигурами евангелистов, Василия Великого и Иоанна Златоуста. Иконостас венчают скульптуры Распятия с Богородицей, апостолом Иоанном и ангелами.

Кроме Екатерининского, в трапезной был придел во имя апостола Иакова Алфеева, созданный в 1763 году на средства полковника Якова Хитрово. В 1886 и 1889 годах трапезная была расширена по проекту архитектора А.С. Каминского, что придало церкви симметрию. Он же создал существующую ограду с воротами. С тех пор внешний облик церкви не изменялся. Деревянные позолоченные иконостасы в приделах, выполненные И.М. Фроловым, сохранились с того времени.

Кроме частицы Ризы Господней, храм хранит икону Божией Матери Ильинская-Черниговская, дар монастырской братии из Чернигова. Этот уникальный образ 1696 года содержит изображение двуглавого орла и посвящение Петру I.

В Московском Кремле есть церковь Ризоположения, но она посвящена другому событию, Положению Ризы во Влахерне. Этот византийский праздник связан с Ризой Богородицы, в честь которого существуют храмы в Греции и России. Торжество по случаю Положения Ризы Господней в Успенском соборе Москвы отмечается только в Русской Православной церкви, и в его честь в столице существует лишь одна церковь на Донской улице.

Ранее название храма отражалось на карте: соседний переулок назывался Ризоположенским. В 1923 году его переименовали в Выставочный, а в 1973 году, в улицу Академика Петровского. Несмотря на это, сама церковь в те годы не пострадала и сохранила своё убранство и колокола почти нетронутыми. Войдя внутрь, можно увидеть её такой, какой её знали многие поколения москвичей.