W 1890 na potrzeby kobylańskiej parafii wzniesiono nową cerkiew, tym razem murowaną, z cegły. Projekt budynku opracował architekt Wiktor Syczugow, członek Cesarskiej Akademii Sztuk Pięknych; jest on autorem również kilku innych projektów świątyń prawosławnych wznoszonych po likwidacji unickiej diecezji chełmskiej w zastępstwie starszych cerkwi[5]. Budowa świątyni została sfinansowała przez państwo, z funduszu przeznaczonego na wznoszenie nowych cerkwi[6]. Budynek wyświęcił 25 września 1890 biskup lubelski Flawian[5]. W 1875 urządzono także nowy cmentarz, sąsiadujący bezpośrednio ze świątynią[1]. W 1898 parafia w Kobylanach liczyła 1284 osoby. W tym samym roku cerkiew odwiedził, w ramach wizytacji kanonicznej, biskup lubelski Tichon, późniejszy patriarcha moskiewski i całej Rusi.

W 1915 prawosławna ludność Kobylan znalazła się na liście osób przeznaczonych do ewakuacji, jednak ostatecznie na bieżeństwo udali się jedynie rosyjscy urzędnicy, wojskowi oraz miejscowy duchowny prawosławny z rodziną. Cerkiew jeszcze przez dwa lata pozostawała czynna, gdyż obsługiwał ją dojeżdżający mnich z monasteru św. Onufrego w Jabłecznej[1]. W 1917 cerkiew została porzucona i zamieniona na szalet, zaś w czasie wojny polsko-bolszewickiej oddział radziecki urządził w niej stajnię. Mimo to w 1919 cerkiew została zarejestrowana jako siedziba parafii, jedna z trzech czynnych świątyń prawosławnych w powiecie bialskim. W 1921 Ministerstwo Wyznań Religijnych i Oświecenia Publicznego Rzeczypospolitej potwierdziło legalność funkcjonowania cerkwi w Kobylanach oraz jej filii w Horbowie. Raport starosty bialskiego opisuje, iż w tym momencie świątynia była w średnim stanie technicznym. Wymagała „odświeżenia” wewnątrz, remontu dachu i odbudowy zniszczonych wież. Regularne nabożeństwa w świątyni odbywały się od 1924[1]. Była to wówczas jedna z czterech czynnych cerkwi w powiecie bialskim, a zarazem jedna z ośmiu w dekanacie bialskim diecezji warszawsko-chełmskiej.

Cerkiew w Kobylanach, obok cerkwi w Kostomłotach, miała – zgodnie z planami biskupa siedleckiego Henryka Przeździeckiego – stać się siedzibą parafii neounickiej[1]. W obydwu miejscowościach doszło do zamieszek, gdy neounici pragnęli przejąć świątynie wraz z wyposażeniem, zaś prawosławni – nie dopuścić do ich utraty[8]. Aby nie dopuścić do utraty świątyni, prawosławny metropolita warszawski i całej Polski Dionizy osobiście odwiedził świątynię w czerwcu 1927. Towarzyszący mu kaznodzieja wygłosił w cerkwi homilię, w której surowo krytykował politykę wyznaniową państwa, postawę hierarchii katolickiej wobec prawosławia i samą neounię. Mimo to proboszcz parafii w Kobylanach przeszedł do Kościoła neounickiego (jak podaje Pelica – głównie ze względów materialnych[9]). Ministerstwo odmówiło wówczas zarejestrowania, jako administratora etatowej placówki prawosławnej, nowego kapłana wyznaczonego przez metropolitę warszawskiego[8]. Cerkiew pozostawała mimo wszystko w rękach Kościoła prawosławnego[a] Wobec odmowy rejestracji nowego proboszcza metropolita Dionizy kierował do Kobylan mnicha Nifonta (Niedźwiedzia) z monasteru w Jabłecznej, a gdy władze lokalne uznały jego działalność za nielegalną (duchowny nie został zarejestrowany jako etatowy) – hieromnicha Pankracego z ławry Poczajowskiej[1]. Ostatecznie jeszcze w 1927 cerkiew na nowo zaczął obsługiwać etatowy duchowny parafialny.

W czasie akcji rewindykacji cerkwi prawosławnych cerkiew w Kobylanach nie była w żadnym momencie zagrożona zniszczeniem. W 1938, po zburzeniu ponad stu świątyń prawosławnych na ziemi chełmskiej, przewieziono do niej część elementów wyposażenia rozebranych obiektów sakralnych (niektóre znalazły się w prywatnych domach)

Cerkiew pozostawała nieprzerwanie czynna w czasie II wojny światowej i w latach powojennych[1]. Obiekt był remontowany w latach 80. XX wieku (wtedy dokonano także renowacji ikonostasu), a następnie na początku XXI w.[11]. W 2013 diecezja lubelsko-chełmska uzyskała dotację na kolejny remont[12]. W ramach ukończonego do 2016 remontu odnowiono dach (zmieniając postać kopuł i dzwonnicy) i elewację (w tym mozaikę na zewnętrznej ścianie prezbiterium, przedstawiającą Matkę Bożą[13]), odizolowano ściany fundamentowe, odnowiono posadzki, ściany wewnętrzne i stolarkę. Cały budynek pomalowano na biało[14]. Po zakończonym remoncie, cerkiew została uroczyście poświęcona 14 października 2016 przez arcybiskupa lubelskiego i chełmskiego Abla[13]. W 2017 Wojewódzki Konserwator Zabytków w Lublinie przyznał cerkwi Laur Konserwatorski (za najlepiej odrestaurowany zabytek w danym roku)