W 1631 roku zbudowano nową unicką cerkiew w Kostomłotach i od tego roku datuje się istnienie parafii. W tymże roku Teodora z Pryłuk wraz z rodziną ufundowała dla cerkwi ikonę świętego Nikity męczennika.
W wyniku rozbiorów Polski granice diecezji zostały dostosowane do granic państwowych i tak parafia w Kostomłotach znalazła się w diecezji chełmskiej. W 1840 roku parafia, którą stanowiła wieś Kostomłoty należała do dekanatu kodeńskiego i liczyła 484 wiernych. W 1852 właściciel Kostomłotów Jan Łaski w własnych funduszy przeprowadził gruntowny remont świątyni parafialnej.
W 1875 roku parafia w Kostomłotach wraz z całą diecezją chełmską na mocy edyktu likwidującego Kościół Unicki w granicach Królestwa Polskiego została przez rząd carski oficjalnie zlikwidowana. Wówczas duszpasterzem w parafii był ksiądz Henryk Kaliński. W wyniku likwidacji Kościoła Unickiego w latach 1875 – 1915 parafią administrowali mianowani przez władze prawosławni duchowni.
31 stycznia 1927 roku na prośbę mieszkańców Kostomłotów i okolic decyzją biskupa siedleckiego Henryka Przeździeckiego erygowano parafię greckokatolicką obrządku bizantyjsko-słowiańskiego (neounicką). Tego samego dnia została przez biskupa zatwierdzona rada parafialna. Duszpasterzem kostomłockiej parafii został ksiądz Eugeniusz Różycki pełniący dotychczas urząd proboszcza w parafii greckokatolickiej obrządku bizantyjsko-słowiańskiego w Zabłociu. Utworzona parafia obejmowała następujące wsie: Kostomłoty, Okczyn, Kopytów, Kąty, Kożanówkę, Dobratycze, Kołpin i Ogrodniki z których do neounii przystąpiły 363 osoby. Na zaproszenie biskupa Henryka Przeździeckiego w dniach 25-26 czerwca 1931 roku, neounicką parafię w Kostomłotach odwiedził Wizytator Apostolski obrządku bizantyjsko-słowiańskiego biskup Mikołaj Czarnecki. W tym czasie parafia liczyła 273 osoby.
Od początku II wojny światowej do listopada 1941 roku zarekwirowana plebania służyła za kwaterę żołnierzy niemieckich. 22 sierpnia 1940 roku proboszczem w Kostomłotach został ks. Aleksander Przyłucki. Jako zarządca parafii nie dopuścił do ponownego przejęcia cerkwi i plebanii przez prawosławnych.
Po ustaniu działań wojennych 23 maja 1944 roku odbyła się wizytacja kanoniczna parafii, której dokonał administrator diecezji podlaskiej biskup Czesław Sokołowski. W 1947 roku w ramach zorganizowanej przez władze Polski Ludowej akcji "Wisła" niemalże wszystkich mieszańców parafii kostomłockiej wywieziono na Ziemie Odzyskane. W parafii pozostawiono tylko starców i tych, którym nie pozwalał na to stan zdrowia. Pozostał również ks. Aleksander Przyłucki. 18 listopada 1947 roku parafię wizytował dziekan dekanatu terespolskiego ks. Roman Soszyński, który zapisał w protokole powizytacyjnym: "Cerkiew wymaga remontu, dochodów parafia nie ma bo wiernych wywieziono w olsztyńskie. Ziemia parafialna leży odłogiem". Ten stan trwał do 1956 roku, kiedy to komunistyczne władze zezwoliły przesiedleńcom okręgu bialskopodlaskiego na powrót do miejscowości, z których zostali wysiedleni.
10 kwietnia 1968 roku na administratora parafii został mianowany ks. Roman Piętka ze Zgromadzenia Księży Marianów. 4 czerwca 1974 parafię wizytował kardynał Stefan Wyszyński. W 1975 roku rozpoczęte zostały gruntowne prace remontowe parafialnej cerkwi oraz budynków należących do parafii. W 1988 roku z okazji 1000-lecia chrztu Rusi parafialna cerkiew została ozdobiona polichromią. W czasie posługi księdza Romana Piętki cerkiew parafialna stała się znanym w Polsce Sanktuarium Unitów Podlaskich odwiedzanym przez licznych pielgrzymów, a także częstym miejscem rekolekcji odbywanych zarówno przez grekokatolików jak i rzymskokatolików zarówno z Polski jak i z zagranicy. W parafii działa Centrum Ekumeniczne które odwiedzają działacze ekumeniczni oraz teologowie, by na odbywających się od kilkunastu lat Spotkaniach Ekumenicznych modlić się o jedność Kościoła. Od 1 września 2007 roku obowiązki proboszcza pełni ks. Zbigniew Nikoniuk.
