10 июля 1552 года на холме, откуда открывалась панорама речного берега, Иван Грозный наблюдал за переправой через Оку русских войск, шедших в поход на Казань. Шатер Ивана Грозного простоял здесь 10 дней — столько длилась переправа войск и обоза, и 20 июля царская ставка была свернута...
А в следующем, 1553 году в Муром приехала присланная Иваном Грозным артель московских и псковских каменщиков — в благодарность за помощь муромских чудотворцев в овладении Казанью царь пожелал украсить город каменными церквами. Так на берегу Оки, на том самом месте, где находилась царская ставка, поднялась к небу высокая шатровая церковь во имя Свв. Козьмы и Дамиа-на — первый храм-памятник на Руси, посвященный «Казанскому взятию».
Строителем церкви был великий русский зодчий Посник Яковлев — тот самый, который спустя два года построит в Москве храм Василия Блаженного. Об этом замечательном архитекторе известно, к сожалению, немного. Он был уроженцем Пскова, ярким мастером псковской школы зодчества. Заложив храм Василия Блаженного, Посник Яковлев в 1556 году уехал в Казань, где построил Благовещенский собор и два храма в Успенском монастыре в Свияжске. Муром — город, где сохранилось (хотя и частично) самое раннее произведение Посника Яковлева.
По преданию, посвящение церкви свв. целителям — бессребреникам Козьме и Дамиану связано с тем, что царь, живя в шатре, простудился и лежал некоторое время больной, но быстро оправился и продолжил свой путь к Казани. Несмотря на относительно небольшие размеры, необыкновенно своеобразная и узорочная Козьмодемьянская церковь долгое время являлась одним из главных сооружений, определявших силуэт города. Церковь отчасти напоминает собой центральный храм собора Василия Блаженного. Ее увенчивал необычный ребристый шатер, установленный на шестнадцатигранном основании.
В храме царит полумрак — внутрь свет проникает только из трех окон. Ранее свет падал и сверху, из окошек барабана, увенчивавшего высокий шатер.
Весной 1868 года произошла катастрофа — обвалился шатер церкви. Престол и уцелевшие иконы и утварь были перенесены в муромскую Смоленскую церковь, построенную в 1804 году, которая с той поры стала именоваться Ново-Козьмодемьянской. Сюда же была перенесена древняя храмовая икона «Свв. Косьма и Дамиан», ныне находящаяся в Муромском музее.