Тимашово впервые упоминается в Платежной книге 1621 года как деревня Пыренской волости Малоярославецкого уезда, которая принадлежала царю, а затем была частично роздана. Деревня оказалась в собственности дьяка Льва Дмитриевича Ермолаева, а с 1715 года перешла к его сыну Петру, который управлял помещичьим двором и 23 крестьянскими дворами. Петр Львович оказался хорошим хозяином, и через двадцать лет количество дворов удвоилось. Для получения статуса села Тимашову не хватало церкви. 20 января 1735 года П. Л. Ермолаев обратился в Святейший Синод с просьбой разрешить строительство каменной церкви в честь Рождества Пресвятой Богородицы. По благословению Синода настоятель Малоярославецкого Черноостровского монастыря игумен Вассиан приехал в Тимашово, чтобы оценить необходимость храма. 13 июня 1735 года была выдана храмозданная грамота, подписанная епископом Коломенским и Каширским Вениамином.

Строительство и украшение храма с трапезной и колокольней заняло три года. Его освятили в конце лета 1738 года в честь Рождества Пресвятой Богородицы. Из-за холодного здания был издан указ о создании в трапезной придела для зимнего времени во имя святого мученика Иоанна Воина. Первым настоятелем стал священник Федор Иванов.

С 1782 года село Тимашово находилось в собственности Петра Александровича Болдина. С 1802 года священником был Иродион Андреев. В Государственном архиве Калужской области сохранилось описание убранства храма 1802 года. Алтарь отделялся от помещения для прихожан высоким пятиярусным иконостасом. В храме находился список с Боголюбской иконы Божией Матери, почитание которой усилилось после чумы 1771 года.

Почтовая дорога из Москвы на Калугу через Боровск и Малоярославец была открыта в 1800 году. В 1812 году по этой дороге через Тимашово прошли войска Наполеона. В декабре 1812 года в донесении в Калужскую духовную консисторию сообщалось, что церковь Рождества Богородицы была разграблена и сожжена. Год в храме не было богослужений, но через год он возобновил свою деятельность. Настоятелем стал священник Петр Федоров.

После смерти П. А. Болдина имением управляла его мать Е. Г. Болдина, которая в 1824 году перестроила придел мученика Иоанна Воина в стиле зрелого классицизма. В Калужском государственном объединенном краеведческом музее хранится антиминс, освященный в 1824 году и подписанный епископом Филаретом. Позже антиминс заменили новым, а старый отправили в Калужскую архиерейскую ризницу.

Согласно справке о приходе 1830 года, причт храма состоял из священника, дьячка и пономаря. С 1831 года настоятелем стал Иван Алексеевич Беляев, а Петр Федоров остался на попечении зятя. В 1840 году в церкви был крещен Илларион Прянишников, ставший известным художником. С 1874 года настоятелем был Александр Иванович Любимов.

В июне 1891 года Тимашово посетил епископ Виталий, который рекомендовал обратиться к благотворителю Афанасию Петровичу Маркову для приведения храма в порядок. Благодаря Маркову храм был украшен росписями. После смерти Александра Любимова настоятелем стал Иоанн Федорович Зерцалов, а в 1903 году, Федор Филиппович Стеллиферовский.

В 1938 году храм закрыли, но не разрушили. Во время немецкой оккупации здание использовали для содержания лошадей и пленных. В 1949 году умер священник Федор Стеллиферовский, похороненный напротив алтаря. В 1953 году в храме устроили склад, а в 1960-х уничтожили иконостас. В 1999 году обрушился свод в трапезной.

30 июня 2002 года в праздник Святой Троицы был отслужен водосвятный молебен, открывший новую страницу в истории храма. С 2002 года началось его восстановление. С весны 2003 года приход окормлял священник Федор, а 14 октября 2003 года настоятелем стал Антоний Сомик. 21 сентября 2004 года была совершена первая Божественная Литургия, и с тех пор храм продолжает свое служение.