Граф Петр Борисович Шереметев строительство своей увеселительной резиденции начал с храма, указав построить его на месте обветшавшей деревянной церкви. Добротный каменный храм был построен в 1737-1739 годах. Существует предание, что боярин Борис Петрович Шереметев, будущий петровский фельдмаршал, в составе Великого посольства в конце XVII века побывал в Риме, где от Папы получил в дар реликварий — золотой крест с частицей древа Животворящего Креста. Этот крест, по духовному завещанию, унаследовал его сын граф Пётр Борисович Шереметев. В память об этом событии на куполе храма возвышалась фигура ангела, держащего крест - один из символов усадьбы. Его изображение можно увидеть на гравюрах второй половины XVIII века.
Название "Во имя Происхождения честных древ животворящего креста Господня" храм получил в честь христианского праздника, известного как Медовый Спас. В этот день, по христианской традиции, проносили частицу креста для защиты от болезней.
С момента постройки и до начала ХХ века храм был приходским. Здесь совершали богослужения святитель Филарет (Дроздов), причисленный к лику святых, святитель Иннокентий (Вениаминов) - просветитель алеутов и Сибири и святитель Макарий Невский, также причисленные к лику святых. В храме молились и царские особы, среди них: императрицы Елизавета Петровна и Екатерина II (см. "Как встречали императрицу Екатерину в Кускове"), императоры Александр III с наследником, цесаревичем Николаем (См. "Царский визит Александра III в Кусково").
Храм в Кускове — один из редких памятников культовой архитектуры аннинского барокко — четырехугольный в плане, возвышается на белокаменном цоколе и завершается главой с куполом. Плоскости стен оживлены пилястрами, в нишах барабана установлены белокаменные скульптуры апостолов, а крест поддерживает фигура ангела с раскинутыми крыльями. На западном фронтоне выделяется рельеф: в облаках восседает Бог Саваоф, окруженный херувимами. Скульптурное украшение придает парадность зданию церкви, созвучную архитектуре увеселительной резиденции. Небольшое внутреннее пространство церкви в XVIII веке имело богатое убранство: резной иконостас со старинными образами в окладах, унизанных драгоценными каменьями и жемчугом, золоченые царские врата, графскую ложу и хоры. Некогда пышно убранная, с дорогой утварью, богатыми ризами и воздухами, согласно легенде, шитыми золотом и жемчугом венценосной соседкой по имениям — императрицей Елизаветой Петровной, — церковь сохранила лишь поздние росписи на библейские и евангельские сюжеты середины XIX века. Но и поныне подлинным украшением храма является двухъярусное паникадило на восемнадцать свечей с фигурами серафимов.
Божественная литургия, колокольные звоны, крестные ходы, водосвятия были обязательными элементами празднеств и публичных гуляний в период расцвета усадьбы Кусково. А сама церковная служба была увертюрой празднества. Неизвестный очевидец так описывает кусковский Престольный праздник 1 августа 1792 года:
«В одиннадцатом часу началась обедня, которую совершал архиерей. По совершению литургии архиерей следовал за крестом, в препровождении множества священников, ко устроенному для водоосвящения месту. При погружении креста произведена была пушечная пальба, и стоящая посередине пруда яхта с шестью пушками вмиг украшена стала разноцветными флагами...»
В том же 1792 году, как завершение всего шереметевского замысла, возносит золоченый шпиль деревянная Колокольня, выстроенная трудами крепостных архитекторов Миронова и Дикушина, — последняя значительная постройка в Кускове, «замкнувшая круг» в создании архитектурного ансамбля. Спустя 200 лет, в 1992 году Колокольне были возвращены восемь колоколов, реконструированных по образцам XIX века московским предприятием «Колокол», отлитых в память славного рода Шереметевых и в честь воссоздания церкви Всемилостивого Спаса.
В XX веке
В 1919 году усадьба получила статус Государственного музея. В 1930 году Храм был закрыт и передан в ведение музея, помещения переоборудованы в музейные подсобные помещения. Во время реставрации усадьбы в 1970-80-х годах зданию был возвращен исторический вид, на купол вернули фигуру ангела, держащего крест, восстановленный по изображениям XVIII века. Церковь вновь была освящена в 1991 году, начались богослужения. 14 августа 1998 г. чин малого освящения храма совершил епископ Орехово-Зуевский Алексий (Фролов).
Согласно распоряжению Правительства РФ № 1572 от 19 октября 2009 года церковь была отнесена к федеральной собственности. Затем здание церкви было передано местной религиозной организации на основании "Договора бессрочного пользования федеральным недвижимым имуществом религиозного назначения, находящимся в собственности РФ" от 7 декабря 2010 года № Д-30/1248 между территориальным управлением Федерального агентства по управлению государственным имуществом по городу Москве и местной религиозной организацией – православный приход храма Честных древ Животворящего Креста Господня в Кускове города Москвы Московской епархии Русской православной церкви. Формально, здание церкви и колокольни перестали быть в ведении музея.
В ноябре 2010 года Церковь получила статус охраняемого объекта — памятника архитектуры XVIII века.
В 2013 году были начаты работы по водоотводу, укреплению и гидроизоляции фундаментов. Отреставрировано белокаменное крыльцо с коваными решетками, положена брусчатка вокруг здания Храма. Работы были проведены с нарушениями, и уже весной 2015 года на белом камне появилась плесень, трещины, брусчатка расшаталась, отреставрированные кованные перила покрылись следами коррозии. В 2017 году начался новый этап реставрационных работ. Была обновлена штукатурка фасадов здания, заново проложена медная кровля.