При новой церкви были оборудованы шесть больничных келий для немощных монахов. В 1854 году с западной стороны была добавлена пристройка. Центральная часть этой пристройки служила притвором храма, где круглосуточно читалась «неусыпаемая» Псалтирь с поминовением усопших монахов и благотворителей обители. В боковых частях пристройки также были устроены три больничные келии. Здесь престарелые и слабые старцы находили утешение, помощь и условия для духовной жизни. Церковь была проста и скромна, как и живущие при ней старцы. В начале XX века здание храма было отремонтировано и надстроено, и в эти годы в келии при храме жил и принимал паломников старец Анатолий (Потапов).

После революции 1917 года Владимирский храм, как и все храмы монастыря, был закрыт. В послевоенное время храм был разобран до основания. С 1989 года проводились археологические исследования, которые продолжались несколько лет и позволили обнаружить основание храма. В 1995 году начались восстановительные работы, и 23 октября 1998 года, в день памяти преподобного Амвросия Оптинского, Святейший Патриарх Алексий II освятил восстановленный храм.

В настоящее время в храме покоятся мощи семи из четырнадцати преподобных старцев Оптинских: Льва, Макария, Илариона, Анатолия (Зерцалова), Иосифа, Варсонофия и Анатолия (Потапова).

В 2000-х годах храм был расписан иконописцами обители. Ежедневно здесь совершается таинство исповеди и служится молебен с акафистом преподобным Оптинским Старцам.