Церковь расположена в центральной части села, на участке, приближенном к правому берегу реки Моломы. Двухэтажная шестипрестольная церковь построена из кирпича на приходские средства в ознаменование 15-й годовщины победы над Наполеоном в Отечественной войне 1812 года. На фасадах сохранились следы известковой обмазки. Храмозданная грамота на закладку храма, а так же план и фасад были получены в 1824 году от епископа Вологодского и Великоустюжского Онисифора. К строительству приступили весной 1827 года, а 6 декабря нижнюю церковь освятили во имя Николая, Мирликийского Чудотворца. В церковной ведомости за 1829 год отмечается, что для строения верхнего храма готовятся материалы, а через два года сообщается о готовности его постройки. Освящение летней церкви состоялось 27 сентября 1837 года в честь Иоанна Богослова. Ранее 26 ноября 1834 года в нижнем храме освятили второй придел, посвященный Флору и Лавру. Другой придел был освящен 5 декабря 1870 года в честь иконы Божией Матери «Всех скорбящих Радость».
В клировой ведомости Чемельской Иоанно-Богословской церкви за 1902 год указывается, что в период с 1894 по сентябрь 1901 года проводились работы по сооружению новой каменной колокольни, проект которой был составлен вятским гражданским инжененром В.М. Дружининым. В том же документе отмечены работы по «внутреннему расширению храма» и постройке «крыльца». Характер этих мероприятий точно не известен, но по их результату заново были освящены престолы нижнего храма: главный Николаевский – 4 мая 1890 года и в южном приделе – Скорбященский 10 февраля 1898 года «по случаю уронки сводов и ремонта храма».
Последний строительный период, при котором трапезная часть храма подвергалась полной переделке, при которой, вероятно, были надстроены приделы, пришелся на 1910-е годы. Внимательный подход к разработке фасадов новой части здания позволил в полной мере добиться единого характера стилевого решения церкви. В те же годы были проведены последние масштабные работы по выполнению монументальной росписи интерьера в верхнем храме. По сведениям, северный придел этого храма был освящен в честь Василия Великого, южный был посвящен Иоанну Златоусту.
При пожаре, случившемся в 1954 году, крыша над трапезной полностью сгорела. В огне были утрачены надпрестольные главки, а восстановленная только через 12 лет стропильная конструкция крыши, хотя функционально и оправдывает свое назначение, но не соответствует особенностям сложного карнизного очертания стен. К настоящему времени храм сохранил внешний облик в полном строительном объеме и, частично, настенную живопись верхнего этажа с элементами внутреннего убранства.
Один из ярких примеров традиционного ярусного типа храмов устюжской школы, стилевая трактовка которого из барочной перешла в стадию классицистической трансформации.
