Первая церковь святой великомученицы Екатерины на Всполье была создана в 1547-1560 гг. в белильной слободе царицы Анастасии Романовны, супруги царя Ивана Грозного. Название урочища Всполье (Сполье) означает часть поля, примыкающую к городу. Как и многие окрестные храмы, эта церковь была деревянной.
Посвящение храма святой великомученице Екатерине не было обычным для Москвы того времени и связано с заключением в 1472 г. брака великого князя Московского Ивана III и Софьи (Зои) Палеолог, чью мать звали Екатериной. Софья Палеолог привезла в Москву частицу мощей святой великомученицы Екатерины, и в Кремле была основан первый в Москве храм святой великомученицы Екатерины. При царе Иване Грозном почитание святой великомученицы Екатерины упрочилаось благодаря связым с монастырем Святой Екатерины на горе Синай.
В XVII в. за храмом святой великомученицы Екатерины на Всполье в конце Ордынки находились стены Деревянного города, который также назывался Скородум. Во время Смуты, 24 августа 1612 г. у церкви святой великомученицы Екатерины на Всполье произошла историческая битва русского ополчения под предводительством князя Дмитрия Пожарского и Козьмы Минина с польско-литовскими войсками гетмана Яна Кароля Ходкевича. Активное участие в событиях принимал келарь Троице-Сергиевой лавры Авраамий Палицын, которому удалось воодушевить казаков. Войска Ходкевича, направлявшиеся к Кремлю, были остановлены и разгромлены. Это положило начало освобождению Москвы от захватчиков.
С 1626 г. в церкви святой великомученицы Екатерины известен придел святого Феодора Стратилата, с 1636 г. – придел святителя Николая Чудотворца. С 1657 г. храм значится каменным. В 1696 г. были осуществлены работы по обновлению церкви.
Нынешний каменный храм в стиле барокко построен в 1766-1768 гг. по именному указу императрицы Екатерины II и по инициативе ее сподвижника Ивана Николаевича Бецкого. Авор проекта храма — известный московский архитектор Карл Иванович Бланк (1728-1793), один из последних мастеров эпохи барокко и первый зодчий раннего классицизма.
Бланк построил новый храм рядом со старым, объединив их центральным объемом с колокольней. Старая трапезная была сохранена. Феодоровский придел разобрали, а Никольский придел в трапезной был сохранен и долгое время функционировал как зимний храм. Оба храма — старый и новый — были соединены посередине двухъярусной колокольней, нижний ярус которой служил притвором основного, летнего Екатерининского храма. Таким образом, Бланк возродил традиционную для русского зодчества композицию из двух храмов — «теплого» и «холодного» — с колокольней между ними, сблизив строения.
Храм был освящен 23 сентября 1768 г. Он строился на личные средства императрицы Екатерины II. Храмовую икону святой Екатерины украшала пожертвованная императрицей драгоценная риза с царским вензелем. Также импратрицей были пожертвованы священные предметы, серебряные лампады и парчовые богослужебные облачения. Все иконы в иконостасе были написаны Дмитрием Левицким совместно с Василием Василевским. Уникальность иконостаса состояла в том, что все иконы в нем были связаны с темой мученичества святой Екатерины за Христа. К сожалению, исторический иконостас после закрытия храма в 1931 г. не сохранился.
После пожара 1812 г.
Теплая церковь, сгоревшая в 1812 г., была полностью перестроена лишь в 1870-1872 гг. по проекту П.П. Петрова (в литературе также называют Д.Н. Чичагова). В новом здании с главным престолом Спаса Нерукотворного Образа разместились приделы св. Николая и блгв. кн. Александра Невского. Массивный объем Спасской западной церкви был оформлен пилястрами, воспроизводящими пилястры основного Екатерининского храма. Купол ее также напоминал купол основной церкви. Тонкая и высокая четырехъярусная колокольня стала центром композиции (переделана в 1820-х).
В 1820-х гг. Ф.М.Шестаков, ремонтируя ансамбль после пожара 1812 г., поставил на углу одноэтажную каменную постройку (сторожка или свечная лавка). С западной стороны была построена ограда, выполненная в формах, что и ранняя.
В 1879-1880 гг. на территории церкви архитектор Д. И. Певницкий построил богадельню (угловую сторожку), которая была оформлена разномасштабными арочными нишами; часть их, возможно, была открытой.
После революции
В 1931 г. храм был закрыт. Храмовая икона св. Екатерины была перенесена в церковь Воскресения в Монетчиках, после сноса церкви Воскресения — в храм Флора и Лавра на Зацепе. Последний тоже был закрыт; судьба иконы неизвестна.
После закрытия храма св. Екатерины колокольня была разрушена до первого яруса, главы были разобраны. Спасский храм был отдан под жилье, Екатерининский — под контору. Колокольня разрушена в 1930-е. Здание Спасской тёплой церкви лишено купола и использовалось в промышленных целях. Впоследствии здание церкви заняло Центральное проектно-конструкторское бюро приборостроения.
В 1970—1983 гг. летняя Екатерининская церковь внешне восстановлена реставрационными мастерскими Института Грабаря.
В 1992 г. храм был передан православной общине.
7 декабря 1994 г. передан подворью Православной Церкви в Америке.
Первая Божественная литургия в храме была совершена на Благовещение 1995 г.
11 июня 1999 г. состоялось великое освящение храма Патриархом Алексием II при сослужении митрополита Феодосия.
Храмовая ограда
Отдельно упоминания заслуживает история появления храмовой ограды.
Кованые звенья фигурной решетки были выполнены в 1730 г. дворцовыми
мастерами по проекту Х. Конрада для ограждения Соборной площади Кремля:
до 1740 г. стояла между Архангельским Собором и Патриаршим двором. В
1740-х гг. ограда площади была разобрана, и в 1762 г. сохраненные звенья
передали, по распоряжению Екатерины, для ограды вновь сооружаемой
церкви. Проект каменной части ограды создан, вероятно, в соответствии с
проектом архитектора К. Бланка и под его наблюдением в 1763-1767 гг.
Ограда была установлена в 1769 г. на белокаменном цоколе и состояла из
металлических и каменных элементов.Украшенные пилястрами столбы и мощные
пилоны ворот, симметрично окружали храм по линии улицы, были увенчаны
белокаменными орлами. Кованые российские гербы венчали центральные
прутья решетки. На равном расстоянии высились столбы с пилястрами,
завершенные карнизами большого выноса, которые симметрично
окружали здание. Местоположение, а также наличие у ограды
двух въездных ворот способствовало участию ограды в застройке улицы
Большая Ордынка и Большого Екатерининского переулка (ныне —
Погорельского). На столбах со стороны Большой
Ордынки были установлены белокаменные вазоны, изображающие
Екатерининскую корону. Со стороны Большого Екатерининского переулка
вазоны были украшены вензелями Екатерины в медальонах. Кованные решетки
ограды храма св. Екатерины и створки ворот состояли из трех
горизонтальных прутьев, с декоративными деталями — аннинскими коронами,
восьмиконечными звездами на стыках и столярной розеткой верхней части
центрального прута. При постановке угол между Большой Ордынкой и Большим
Екатерининским переулком был срезан. Там стояла свечная лавка, впоследствии использовавшаяся как церковная сторожка. Выход из этой постройки был в середине диагонали.