В 1628 году на этом месте располагались две деревянные церкви: шатровая церковь Воскресения и клетская церковь Косьмы и Дамиана. В период с 1645 по 1651 год, по заказу К. Г. Исакова, деревянная церковь Воскресения была заменена на каменную. В конце XVII века церковь Косьмы и Дамиана уступила место каменному храму Георгия с колокольней. В 1740-х годах к храму пристроили придел Косьмы и Демьяна и возвели ограду. В 1799 и 1802 годах церковь Георгия была значительно перестроена и освящена как Знаменская: четверик был надстроен восьмериком с фигурным куполом, а фасады получили новое классическое оформление. В это же время была построена новая колокольня. В 1859 году алтарь храма был заново возведен. В 1888 и 1889 годах Знаменский храм снова частично перестроили, и рядом появилась сторожка.

В 1913 году, когда Кострома стала центром празднования 300-летия дома Романовых, Знаменскую церковь посетил Николай II с семьей.

В 1920-х годах Знаменский храм был закрыт. В 1937 году его колокольня была разрушена, а сам храм, лишившись куполов и верхнего этажа, стал зернохранилищем. Позже в церкви устроили кочегарку.

В 2001 году начались работы по восстановлению Знаменского храма. Колокольня, полностью восстановленная на средства благотворителей, была освящена 26 сентября 2001 года. Освящение самого храма провел 8 августа 2009 года архиепископ Костромской и Галичский Александр.

От первоначальной архитектуры сохранились лишь основной объем: четверик и трапезная. Это типичный местный образец двустолпных храмов с северным приделом, известный по источникам конца XVIII века. Четверик вытянут по оси север-юг и перекрыт лотковым сводом. Трапезная близка к квадрату и перекрыта коробовыми сводами с распалубками.

Сохранились и элементы декора. Широкие лопатки на углах четверика и карниз с каплеобразными нишками и лентой поребрика характерны для костромского зодчества XVII века. Трапезная украшена лопатками между окнами на боковых стенах. К позднему классицизму относятся полукруглая апсида с круглыми нишками над окнами и лента ширинок под карнизом. Внутреннее убранство, иконостас и настенная роспись 1891 года не сохранились.