Храм в селе Полукотельниково был построен на средства прихожан и освящен 23 июля 1895 года в честь святого пророка Илии. Первоначально он был приписан к Ильинской церкви в селе Котельниково, но в 1899 году получил собственный причт. При храме работала церковно-приходская школа.

Духовенство Ильинского храма уделяло большое внимание нравственному воспитанию прихожан. В 1910 году священник Павел Косминский основал в селе общество трезвости, главным требованием которого был отказ от алкоголя. Проводились беседы о вреде пьянства, распространялись книги и брошюры, создавались чайные, читальни и библиотеки, организовывались школьные и семейные вечера, оказывалась взаимопомощь. Также были открыты ясли для детей.

Храм был деревянным, одноэтажным, с одной железной главой и позолоченным крестом. Его наружные стены были окрашены, а паперть закрыта и поддерживалась деревянными столбами. Колокольня также была деревянной, двухярусной, с шестью колоколами. Иконостас был деревянным, золоченым, трехярусным и содержал 20 икон. В 1932 году церковь закрыли, но во время Великой Отечественной войны богослужения возобновились. С 1944 года Ильинский храм действует постоянно и охраняется как памятник культовой архитектуры регионального значения.