Дата постройки первой Успенской церкви в Жилино историкам неизвестна. Первое упоминание о деревянном храме датировано XVII столетием.
В 20-е годы XVIII века в селе была возведена новая деревянная церковь, но в 50-е годы того же столетия она погибла в огне пожара. Спустя два года на средства прихожан был построен каменный храм, который сохранился до наших дней. Большая часть средств, необходимых для строительства, была пожертвована Н. А. Сеземовым, бывшим крепостным Шереметевых.
Храм выстроен из белого камня. Автор проекта неизвестен, но специалисты предполагают, что здание было спроектировано архитектором В. С. Обуховым. В XIX столетии к храму было пристроено два придела — Никольский и Троицкий.
Существует предание о том, что в этой церкви молился знаменитый полководец М. И. Кутузов. Документальных подтверждений этому не существует, но известен такой факт: именно из Жилино полководец направил императору донесение об оставлении Москвы русскими войсками. В этом донесении он объяснял причины такого шага, приводил доказательства его необходимости. В доме, расположенном поблизости от храма, некоторое время находился штаб М. И. Кутузова. Кстати, именно в этом штабе он впервые встретился с женщиной-офицером Н. А. Дуровой (ставшей прототипом главной героини знаменитого фильма «Гусарская баллада»).
В период советской власти храм оставался действующим. Большая часть церковной утвари сохранилась до наших дней. Осталось неповрежденным даже застекление старинных икон. Стенные росписи обновлены, но сохранен их первоначальный стиль.