Заложена в 989 году, освящена в 996−м. Следует отметить, что в отличие от большинства богородичных храмов на Руси ее посвятили самой Богородице, а не церковному празднику (Рождество Богородицы, Успение и т. д.). Общепринятое название связано с тем, что при закладке храма и установлении «штата» Десятинной церкви Владимир выделил на содержание храма десятую часть княжеских доходов.

Первый каменный древнерусский храм простоял до 1240 года, когда он был разрушен при взятии Киева войсками Батыя: в церкви укрывались последние защитники города. В 1630−1640−х годах митрополит Петр Могила устроил в юго-западном углу древнего храма маленькую церковь. Храм простоял до 1828 года, когда вместо него на большей территории древней церкви построили новую по проекту архитектора В. П. Стасова, предварительно проведя раскопки. В 1824 году их вел археолог К. Н. Лохвицкий, но даже в то время качество его работы признали ужасным, поэтому в 1826 году Лохвицкого сменил архитектор Н. Е. Ефимов. В 1908—1911 годах те части Десятинной церкви, что не попали под застройку, раскопал Д. Милеев, раскопки которого в 1912—1914 годах продолжил его ученик П. Вельмин. В 1938—1939 годах, после сноса церкви Стасова, не раскопанное Милеевым и Вельминым изучил М. К. Каргер, сводный план раскопок которого стал хрестоматийным.