Каменный храм, посвященный преподобному Сергию Радонежскому, изначально находился в селе Сергиево-Поливаново, которое располагалось в двух верстах к северу от Бессоновки и позже стало её частью. Храм Сергия был построен в 1761 году на средства помещика Егора Ильича Мартынова и имел приделы в честь святителя Николая Чудотворца (справа) и великомученика Георгия Победоносца (слева). К началу 1830-х годов здание сильно обветшало, и в 1831 году был утвержден план по восстановлению трапезной. В 1840 году на средства помещика Саврасова была построена деревянная отдельно стоящая колокольня. В 1857 году в трапезной освятили левый придел в честь святого благоверного князя Александра Невского.

Современное состояние церкви, находящейся в руинах, не позволяет провести детальный архитектурный анализ, но позволяет говорить о её объемно-пространственном решении. Основу композиции составляет высокий двухсветный четверик, к которому с востока примыкает пятигранная апсида, а с запада, более широкая трапезная. Остатки невысокого барабана над храмовой частью позволяют предположить, что раньше он был покрыт сферическим куполом.