Стрелецкий полк известен с 1650-х годов, когда его возглавлял Василий Иванович Философов, а в 1668 году его сменил Богдан Пыжов. Именно стрельцы под командованием Пыжова построили этот храм в камне в 1657 году, хотя некоторые источники указывают на 1670-е годы. Храм имел два придела: один в честь святителя Николая Чудотворца, другой, в честь преподобных Антония и Феодосия Печерских. По московской традиции храмы часто назывались по приделам, поэтому церковь известна как Никольская, а главный престол освящен во имя Благовещения.

Под руководством Пыжова полк проявил себя в походе против «запорожских черкас» гетмана И. М. Брюховецкого в 1668 году, затем против Стеньки Разина двумя годами позже, а потом в боях с заяицкими казаками. В 1682 году стрельцы подали жалобу на Пыжова, обвиняя его в незаконном вычитании денег из их жалования. Они утверждали, что он удерживал половину их зарплаты, а у некоторых и больше. Боярин Иоанн Языков, проводивший расследование, решил дело в пользу властей, и стрельцов жестоко наказали: их били кнутом и отправили в ссылки. Однако стрельцы считали, что Языков вел следствие несправедливо. Косвенным подтверждением их правоты стало отстранение Пыжова от командования. В феврале 1682 года его отправили воеводой в далекий вятский городок Кайгород.

Эта ссылка, возможно, спасла Пыжова, так как в 1698 году произошло восстание московских стрелецких полков, в ходе подавления которого множество стрельцов было казнено. Пыжов мог бы погибнуть, будь он в Москве, от рук стрельцов или петровских войск.

В 1692 году стрельцы пристроили к церкви колокольню. В 1811 году был построен южный Никольский придел, реконструирована трапезная и увеличена высота ее свода. Однако в 1812 году церковь была разорена французскими войсками Наполеона.

С 1858 года почти полвека храмом опекались известные купцы Лямины, жившие поблизости. И. А. Лямин был церковным старостой прихода.

Храм расположен в глубине участка за решетчатым забором. Из-за деревьев виден двусветный четверик, завершающийся волной кокошников, а выше поднимаются пять куполов. Впечатляет редкое даже для XVII века богатство декоративного убранства. Все окна северного фасада имеют уникальное обрамление с тонкой резьбой по камню. Западный портал трапезной украшен гирляндами резных архивольтов и колонками, базы которых идентичны капителям, как это было принято в конце XVII века. В стройной шатровой колокольне 16 слуховых окон, и звон ее колоколов был слышен по всему Замоскворечью. Ограда храма была построена в конце XIX века.

Большевики разорили храм в 1922 году, а в 1930 его закрыли. Иконы передали в Третьяковскую галерею, а колокол, в Большой театр, где он использовался в опере «Борис Годунов». Позже его установили в Богоявленском соборе в Елохове.

В 1960 году храм был отреставрирован. Впоследствии там размещались научно-исследовательские институты и мастерские. В 1990 году храм вернули верующим.