Точную дату постройки Космодамиановского храма в Болшево история не сохранила, хотя сохранилось упоминание о нем от 1585 года, когда Болшево принадлежало приближенному Ивана IV В.И. Щелкалову. Любопытно, что в 1620 году Болшево упоминается, как деревня, то есть церкви там уже не было: она от разорения запустела
.
После того, как Болшево перешло во владения Одоевских, храм был отстроен вновь. В 1682 году стараниями князя Юрия Михайловича Одоевского новая деревянная церковь Космы и Дамиана была завершена.
А строительство каменного храма началось лишь спустя почти 100 лет — в 1786 году на средства князя Петра Ивановича Одоевского (правнука Юрия Михайловича). Он пожертвовал Болшево вместе с Космодамианской церковью Попечительному Комитету на содержание учрежденного им «Убежища для бедных» (отсюда появилось название Комитетский лес для одного из современных микрорайонов Королева). Немного позже П.И. Одоевский в память о своей покойной дочери основал «Дарьинский приют» в Москве, а в болшевской церкви святых безсребреников и чудотворцев Космы и Дамиана появилась мемориальная доска о погребении Дарьи Петровны Одоевской, в замужестве графини Кенсона. Ее и сейчас можно увидеть справа при входе в трапезную (прямо напротив мемориальной доски строителю храма — Петру Ивановичу Одоевскому).
Вообще здание церкви в стиле классицизм с барочной колокольней дошло до наших дней практически без изменений. Но не сохранилась усыпальница Одоевских, которая была под храмом.
Изначально церковь Космы и Дамиана была летней (холодной), поэтому в 1800 году П.И. Одоевский рядом с ней поставил новую одноглавую зимнюю (теплую) церковь — храм Преображения Господня.
В 1878 году старостой церкви Космы и Дамиана стал С. Алексеев — отец знаменитого русского режиссера К.С. Станиславского. Тогда к болшевской Космодамианской церкви была приписана храм Покрова Богородицы в сельце Любимовке, а сама Любимовка принадлежала Алексеевым. Поэтому и сам Константин Алексеев (будущий К.С. Станиславский) часто бывал в болшевском храме.
Была в болшевской церкви и своя святыня — икона, написанная С.И. Грибковым в память чудесного спасения императора Александра III и его семьи во время железнодорожной катастрофы. Она стояла в отдельном богато вызолоченном иконостасе. Но в 1929 году храм Космы и Дамиана в Болшеве разграбили и закрыли. Вероятно, тогда из церкви и пропала священная икона…
А храм Преображения Господня был обезглавлен и перестроен. Богослужения в него так и не вернулись — сейчас в нем работает администрация поселка Болшево.
Космодамианскую церковь отдали верующим еще в 1930 году. За 3 дня утварь была восстановлена, и больше богослужения в храме не прекращались, несмотря на неоднократные попытки его закрыть.
Сейчас церковь отреставрирована. У нее появились новые святыни — частицы мощей святых Римских бессребреников Косьмы и Дамиана и икона святых. При этом изначально церковь называлась в честь других святых безсребреников — Космы и Дамиана Ассийских (именно им посвящена храмовая икона). Когда произошло переименование — неизвестно.
Также при храме работает воскресная школа, православный детский сад и библиотека.