Никольский храм в д. Черленково был построен в 1562 г. и принадлежал небольшому монастырю, приписанному к Иосифо-Волоцкому монастырю и построенному на его средства. Изначально постройка представляла собой монументальный четырехстолпный квадратный в плане храм крестовокупольной конструкции с тремя пониженными алтарными апсидами. Кирпичные стены здания были возведены на булыжных фундаментах и дубовых связях. Непосредственно на четверике стояла древняя настенная звонница. Перед западным фасадом здания долгие годы существовала деревянная паперть.

В середине XIX в. здание храма подверглось капитальной реконструкции. Храм был расширен путем пристройки к его западному фасаду обширной трехнефной трапезной и трехъярусной колокольни. В трапезной части были устроены приделы в честь Введения во Храм Пресвятой Богородицы и в честь прор. Илии. Был перестроен верх храма: установлен новый световой барабан с глухим шатром в псевдорусском стиле. Окна памятника были растесаны, за исключением попавшего в закладку западного окна верхнего света. На месте западного портала была пробита арка, а южный и северный оказались перестроенными до неузнаваемости. Не менее крупным переделкам подвергся интерьер храма. Здание получило новое декоративное оформление в формах эклектики, в котором сочетались классицистические черты и древнерусские мотивы. 

В годы Великой Отечественной войны храм сильно пострадал от прямого попадания авиабомбы: своды трапезной части и алтарные апсиды были полностью разрушены. 

В 1943 г. храм был закрыт и заброшен, сломана колокольня. Долгое время в интерьере здания сохранялись остатки росписей XIX в. 

В настоящее время храм находится в руинированном состоянии.