Первым известным владельцем Перова стал в 1680 году князь Иван Алексеевич Воротынский, который передал это имение князю Петру Алексеевичу Голицыну как приданое за свою дочь Настасью Ивановну. Новый хозяин был близким другом Петра I, но из-за занятости в «Великом посольстве» редко бывал в Перове. Именно при нем началось строительство первой церкви, Знамения Пресвятой Богородицы. Первый камень был заложен в 1699 году, но из-за дипломатической миссии князя в Вене работы затянулись. Вернувшись в Москву, Голицын, возможно, вдохновленный примером своего брата Бориса, продолжил строительство.

Усадебный храм был завершен и освящен в 1705 году, когда владельцем стал сын Петра Алексеевича, князь Василий Петрович Голицын. Имя архитектора неизвестно, но предполагается, что это мог быть ученик Бернини, швед Никодемус Тессин-младший. Храм интересен сочетанием московского барокко с западноевропейскими элементами и сложной лепниной, характерными для голицынского барокко. В 1708 году в храме появился первый священник.

Здание больше напоминает парковый павильон, чем церковь. Оно имеет восьмилепестковую форму, украшено белокаменной резьбой и завершено изящной композицией из волют. В 1730 году был построен придел Николая Чудотворца, который в 1866 году заменили новым, «под барокко», с колокольней. В 1732 году Николай Петрович Голицын заложил Перово Якову Вилимовичу Брюсу, который вскоре умер, и в 1743 году Перово перешло в казну. В 1744 году императрица Елизавета Петровна подарила его Алексею Разумовскому.

Существует легенда, что Елизавета Петровна и Разумовский тайно обвенчались в Знаменской церкви осенью 1744 года. После этого императрица особенно полюбила Перово и одарила церковь ценными дарами.

В 1930-х годах храм был закрыт советскими властями. В 1937 году были арестованы и расстреляны священнослужители Василий Коклин и Николай Скворцов, которые были канонизированы в 2000 году. Здание долгое время использовалось как производственное помещение.

В 1956 и 1959 годах церковь пытались реставрировать как исторический памятник, но при этом разобрали стилизованный под барокко храм и колокольню. Храм Знамения Пресвятой Богородицы был возвращен РПЦ в 2000 году и приписан к храму Рождества Иоанна Предтечи в Ивановском, после чего началась его новая реставрация.