Строительство Знаменской церкви относится к временам, когда усадьбой Дубровицы владел воспитатель Петра I князь Борис Алексеевич Голицын. В 1689 г. он был оклеветан перед царем и тот повелел ему удалиться к себе в деревню. Гнев государя прошел довольно быстро, и уже в 1690 г.Борис Алексеевич был вызван в Москву и ему пожаловано боярское достоинство. Считается, что именно в знак примирения с Петром I князь и решил воздвигнуть новый белокаменный храм в Дубровицах.
Первоначально на месте Знаменской церкви стоял деревянный храм во имя пророка Илии. Он была возведен в 1662 г., а в 1690 г. перенесен в соседнюю с Дубровицами деревню Лемешево. Церковь Знамения Пресвятой Богородицы строилась из местного белого камня, повсюду встречающегося в Подольском крае. Этот материал, с одной стороны, легок в обработке, а с другой – достаточно прочен для проработки тонких деталей, таких, как мелкая резьба декоративного убранства храма.
Не остается сомнений, что строительство храма было закончено к 1699 г., а может быть, даже и раньше. Однако до ее освящения прошло еще пять лет. Вероятно, это было вызвано намерением князя Б. А. Голицына пригласить в Дубровицы на освящение Знаменской церкви Петра I, что было невозможно до 1704 г., т. к. государь в это время почти не посещал Москву. Но, прежде всего, князь должен был получить разрешение на освящение столь необычного храма, построенного в стиле барокко и украшенного на европейский манер, у Патриарха Адриана. Возможно, что в процессе строительства в первоначальный план были внесены изменения, и еще нескоялько лет потребовалось мастерам для сооружения белокаменной галереи храма.
После смерти Патриарха Адриана местоблюстителем Московского Патриаршего Престола стал митрополит Рязанский и Муромский Стефан (Яворский). 11 (старый стиль) февраля 1704 г. местоблюститель освятил новую церковь в Дубровицах. На богослужении в этот день присутствовали сам царь Петра I и его сын царевич Алексей. Торжества по этому поводу продолжались целую неделю и на них пригласили всех местных жителей. После этого Петр I, видимо, Дубровицы уже не посещал.