Первая церковь в честь Рождества Богородицы была возведена около 1627 года, заменив собой обветшавшую Никольскую церковь. В это время селом владел князь Иван Иванович Шуйский. В 1653 году село стало патриаршей вотчиной и получило название Владыкино. 19 мая 1690 года царь Петр Алексеевич посетил Владыкино и вместе с патриархом Адрианом молился за литургией в местной церкви.

Первый каменный храм был построен в 1770 году, а колокольню возвел граф К.Г. Разумовский, владелец соседнего села Петровское.

В 1854 и 1858 годах церковь была полностью перестроена архитектором А.Ф. Ярошевским. В 1859 году новый трехпрестольный храм был освящен, а главный престол в честь Рождества Пресвятой Богородицы освятил митрополит Филарет (Дроздов).

В своем дневнике от 31 июля 1860 года Иван Михайлович Снегирёв, известный русский историк и этнограф, описал освящение церкви Рождества Богородицы, построенной купцом Гавриилом Матвеевичем Толоконниковым. Храм был пятиглавым с колокольней, а освящение провел митрополит Филарет в сопровождении архимандритов Иоанникия и Евстафия. На мероприятии присутствовало множество людей, включая обер-прокурора Св. Синода графа Толстого. После освящения была предложена обильная трапеза, а также духовная пища в виде книжек, раздаваемых архимандритом Евстафием.

В советское время храм не закрывался для богослужений. В 1970-е годы его планировали снести для строительства эстакады на Алтуфьевском шоссе, но прихожанам удалось его сохранить. В 2013 году в храме впервые за постсоветский период состоялась патриаршая служба, которую возглавил Патриарх Кирилл.