Это старинный красивый однокупольный храм основан 10 декабря (новый стиль) 1747 г. князем Голицыным. На месте будущей церкви в Смутное время было явление Богородицы, Которая сказала местным жителям, что с этого места начнется изгнание «супостата» из России. Спустя несколько лет именно из этой деревни был выстрелен из пушки в сторону Польши прах Лжедмитрия I.
Приобретая эти земли в свои владения, князь Голицын узнал о чудесном предании, и повелел заложить церковь в честь иконы Божией Матери «Знамение». С тех пор и до 20-х годов ХХ века в храме совершались богослужения как для княжеской семьи, так и для жителей окрестных деревень и сел. А в годы первой мировой войны, сюда приходили воины, пострадавшие на полях сражений.
С архитектурно-художественной точки зрения церковь представляет из себя замечательный образец позднего барокко. Она очень невелика по размеру, но совершенна по пропорциям. Известный историк-искусствовед начала XX века Ю.И. Шамурин в своей статье писал о близости церкви к сооружениям Растрелли, о её высокохудожественном облике, стоящем на уровне лучших образцов эпохи.
В советский период храм был закрыт и забыт. В 1946 году его передали вновь созданному Институту теоретической и экспериментальной физики в качестве научной лаборатории.
Весной 2003 по инициативе Московской Патриархии начались переговоры Русской Православной Церкви в лице настоятеля строящегося храма преп. Евфросинии, Великой княгини Московской в Котловке священника Алексий Ладыгина с Дирекцией Института теоретической и экспериментальной физики о возобновлении богослужений в храме «Знамения» иконы Божией Матери на территории ГНЦ РФ ИТЭФ.
В ходе переговоров было предложено придать храму статус ведомственной церкви Федерального агентства по атомной энергии. Знаменская церковь получила статус приписного храма к храму преп. Евфросинии Московской. 18 февраля 2004 года состоялось малое освящение Знаменской церкви. Предварительно из храма были демонтированы многотонные установки, которые ранее использовались располагавшейся здесь лабораторией. С этого времени в храме еженедельно стали совершаться богослужения силами прихода храма преп. Евфросинии Московской. В храме частично сохранились старинные фрески ориентировочно начала XIX века.
Зимой 2007 года началась реставрация Знаменской церкви.
За 2010 -2011 завершены внутренние реставрационные работы, восстановлена лепнина, художественная реставрация фресок XVIII века.
27.10.2016 к храму Живоначальной Троицы в Черемушках приписан храм иконы Божией Матери «Знамение» при ФГУП «ГНЦ РФ — ИТЭФ»
