Церковь преподобного Сергия в Крапивниках известна с конца XVI века и изображена на "Петровом чертеже" Москвы, что является единственным свидетельством существования одноглавого храма в то время. Первое письменное упоминание о церкви датируется 1625 годом, когда она была деревянной.

Название "в Крапивниках" имеет несколько версий происхождения. Одна из них предполагает, что это название связано с малонаселённой местностью, заросшей бурьяном и крапивой. Другая версия связывает его с именем владельца одного из дворов в переулке, где стоит церковь.

В 1752 году рядом с храмом находилось владение коллежского асессора Алексея Крапивина. Церковь также называли "в Старых Серебряниках", "у Трубы" и "в Сторожах". До революции это был единственный храм в центре Москвы, главный престол которого был освящён в честь преподобного Сергия Радонежского.

Сергиевская церковь небольшая, расположена под углом к Крапивенскому переулку, а её колокольня выступает на проезжую часть, что свидетельствует о древности постройки. Самая старая часть храма, четверик, построена в 1678 году. С севера, юга и запада его окружают более поздние пристройки, а восточная стена осталась нетронутой, сохранив алтарную апсиду, наличники окон и старый карниз. Первоначально церковь, вероятно, была одноглавой.

Южный придел во имя Усекновения Главы Иоанна Предтечи был добавлен в 1702 году и объединён с трапезной. В 1885-1886 годах его увеличили, отодвинув абсиду на восток, чтобы она стала вровень с другими алтарями. Теперь этот придел посвящён Всем святым, в земле Русской просиявшим.

В 1749 году церковь перестроили, и она приобрела современный вид. Над старым четвериком появилось новое завершение с арочными нишами и пилястрами, увенчанное восьмигранным куполом. Тогда же был пристроен северный Никольский придел, освящённый в 1998 году во имя Серафима Саровского. Церковь приобрела черты барокко, и возможно, перестройка велась по проекту мастера школы князя Д.В. Ухтомского.

В Сергиевском храме крестили В.Ф. Одоевского. В 1812 году, во время оккупации Москвы наполеоновской армией, церковь пострадала и была приписана к храму Иоанна Богослова. Богослужения возобновились в 1875 году.

15 ноября 1883 года церковь передали Константинопольскому Патриархату для устройства подворья. В 1920 году из храма изъяли ценности, что вызвало волнения прихожан. В 1934 году умер последний греческий настоятель, и храм закрыли в 1938 году. В конце 1930-х здесь разместили производство по заточке коньков. Храм был освящён 30 августа 1991 года Патриархом Алексием II и стал Патриаршим подворьем.

В 2001 году восстановили колокольню, а в 2010 году освятили придел в честь Всех святых. В 2013 году открыли роспись Серафимовского придела. На северной стене храма установлены доски с надписями о погребённых прихожанах, среди которых представители рода Ухтомских. Некрополь Сергиевского храма, один из самых известных в Москве.

С 1991 года в церкви хранится Кийский Крест, значимый реликварий христианства, изготовленный по приказу Патриарха Никона. Крест содержит частицы мощей 104 святых и 16 камней из Палестины. Среди других святынь храма, иконы Божией Матери Феодоровская и преподобного Сергия Радонежского.