Первым известным храмом в селе Верхняя Грайворонка Касторенского района был храм, посвященный Дмитрию Ростовскому. Согласно указателю храмовых празднеств в Воронежской епархии за 1884 год, составленному архимандритом Д.М. Солебикиным, в 1799 году этот храм был деревянным и имел колокольню. Ему принадлежали 2 десятины пахотной и 33 десятины сенокосной земли, а число прихожан составляло 1170 человек.

В книге «Из истории монастырей и храмов Курского края», изданной в 1998 году с благословения архиепископа Курского и Рыльского Ювеналия, говорится, что в 1848 году на средства прихожан-крестьян в селе был построен и освящен каменный храм в честь Ахтырской Иконы Божией Матери. Его возводили каменщики, плотники и столяры из артели Воронежской епархии, а мастера-живописцы также приезжали оттуда.

После Октябрьской революции, согласно декрету от 5 февраля 1918 года, здания церквей были национализированы и переданы местным властям. В 1930-е годы храмы закрыли, а иконы, архивы и церковную утварь перевезли в Касторное, где сложили у деревянной пристройки возле магазина и в пустующих конюшнях лавочника Попова. Изделия из серебра и золота районный финансовый отдел должен был сдать в банк Воронежа, а все остальное местные Советы могли использовать по своему усмотрению. Церковные архивы были уничтожены, что привело к утрате ценных сведений о приходах за 100-150 лет их существования.

В 1999 году Курская епархия РПЦ открыла приход храма иконы Ахтырской Божией Матери в частном доме рядом с разрушенным храмом. С 2005 года в восстановленном притворе храма начали проводить службы. В 2006 году по благословению архиепископа Германа был установлен иконостас из Курской духовной семинарии, а в 2009 году приобретена малая звонница. В это же время старожилы села подарили храму почитаемую икону Ахтырской Божией Матери.