Первые сведения в сохранившихся источниках об этих местах относятся к 1623 году, когда писцовая книга зафиксировала деревню Виноградово.
С 1758 года Виноградово было во владении Александра Ивановича Глебова. Глебов к своему имению прикупил деревни: Грезново, Грибки, Горки, Афанасово. Затем занялся устройством нового храма. Владимирская церковь была построена в 1772-1777 годах.
В июне 1790 года Глебов скончался и был похоронен перед алтарем церкви; жена его умерла на шесть дней раньше и была погребена там же.
Детей у Глебова не было, и наследницей стала его любимица падчерица — Елизавета Ивановна, выданная им в 1784 году замуж за подполковника Ивана Ивановича Бенкендорфа.
Во время войны 1812 года, когда враг подходил к Москве, владелица Бенкендорф уехала, опечатав свои дома. Все, что осталось в Виноградово и окрестных деревнях, было разграблено французами. К счастью владельцев их дом не был сожжен, и вернувшись в Виноградово, Елизавета Ивановна стала спешно приводить его в порядок.
Прожив счастливо друг с другом более полувека, Иван Иванович и Елизавета Ивановна скончались с разницей всего лишь в пять месяцев и были похоронены в Виноградове рядом с любимой дочерью — Софьей, скончавшейся вскоре после замужества и похороненной у церкви. На этом некрополе так же воссоединились и их потомки: Александр Иванович Бенкендорф, его супруга – Елизавета Андреевна и дочь Дарья Александровна.
Во время Великой Отечественной Войны в главном алтаре храма, под престолом, тайно хранилась великая святыня — глава преподобного Сергия Радонежского. После возвращения главы преподобного в 1946 году во вновь открывшуюся Троице-Сергиеву Лавру, для храма была получена частица его мощей и устроен и освящен левый придел в честь преподобного Сергия.
На территории храма сохранилось старинное кладбище с древними надгробьями. Также здесь похоронены: братья схиархимандрит Иларион и протоиерей Петр; протоиерей Владимир Жаворонков.
На протяжении первой половины 20-го века церковь находилась в полуразрушенном состоянии: карнизы обвалились, осыпалась штукатурка. Усилиями служителей храм поддерживали в рабочем состоянии, но капитальный ремонт провели только в 1954 году. В 1967-м по заказу Бюро по охране памятников архитектуры Московской области строение реконструировали в первоначальных формах. В 2007-м году обветшалый комплекс отремонтировали за счёт частных пожертвований и бюджетных средств, еще через десять лет провели очередную реставрацию, во время которой: укрепили кирпичную кладку, отремонтировали карнизы, двери и завершения храма.
Адрес по которому можно посетить храм: Москва, Дмитровское шоссе, дом 170.