Первые сведения о деревянном храме на этом месте датированы 1612. Всполье в языке Москвы тех времен означало пахотные земли, расположенные за фактической границей городского поселения; земли в районе современной Серпуховской площади обрабатывались Екатерининской чёрной слободой пахарей, в которой к 1651 числилось 87 дворов (Сытин). В это же время (1657) церковь сменяется каменной. Существующий храм в стиле барокко построен в 1766—1775 по проекту Карла Бланка. Вероятно, что постройка храма была заказана лично Екатериной II во время её коронации в 1762. Бланк построил новое здание рядом со старым, объединив два храма центральным объёмом с колокольней. Новая (сохранившаяся) церковь действовала летом, старая (отапливаемая) — зимой. Тогда же, в 1769, построена ограда (переделана в 1820-х после пожара 1812), использовавшая решётки, изготовленные в 1731 для Соборной площади в Кремле. Иконы для храма были написаны Д. Г. Левицким совместно с В. И. Василевским; не сохранились. Тёплая церковь, сгоревшая в 1812, была перестроена лишь в 1870—1872 во имя Спаса Нерукотворного . В 1879—1880 годах на территории церкви архитектор Д. И. Певницкий построил богадельню. В 1920—1924 в храме на престольный праздник служил Патриарх Тихон. Храм в 1931—1992 был закрыт, использовался под различные конторы и жильё. В 1970—1983 летняя Екатерининская церковь внешне восстановлена реставрационными мастерскими Института Грабаря. Колокольня разрушена в 1930-е. Здание Спасской тёплой церкви лишено купола и используется в промышленных целях по сей день. В 1992 был передан православной общине. 7 декабря 1994 передан подворью Православной Церкви в Америке. Первая Литургия в храме была совершена на Благовещение 1995. 11 июня 1999 состоялось великое освящение храма Патриархом Алексием II при сослужении митрополита Феодосия.