Предание повествует о сирийском царе Авгаре, страдавшем от проказы. Услышав о чудесах Христа, он уверовал и отправил к Нему художника Ананию — с письмом с просьбой об исцелении и поручением написать образ Спасителя. В Иерусалиме Анания не смог приблизиться к Христу из‑за толпы, а попытка запечатлеть Лик издалека не удалась. Тогда Господь сам позвал художника, передал для Авгаря письмо с похвалой его вере и обещанием прислать ученика для исцеления. А затем, умыв лицо, отёр его убрусом (холстом) — и на ткани чудесным образом запечатлелся Его Лик.
Вернувшись в Едессу, Анания принёс Авгарю убрус и письмо — царь с благоговением принял святыню и почти полностью исцелился. Окончательно недуг ушёл после прихода апостола Фаддея: он проповедовал Евангелие, крестил Авгаря и жителей города. Царь поместил Нерукотворный Образ в нише над городскими воротами, сопроводив надписью: «Христе Боже, всякий, уповая на Тебя, не постыдится». Много лет горожане поклонялись святыне, проходя через ворота.
Позже один из правнуков Авгаря, склонившийся к идолопоклонству, захотел снять Образ. По откровению Христа епископ скрыл святыню: заложил нишу кирпичами, поставив перед ней лампаду. О месте хранения со временем забыли — пока в 545 году Едессу не осадил персидский царь Хозрой I. Тогда епископу Евлавию явилась Богородица и велела достать Образ: после крестного хода вокруг города войско отступило. При вскрытии ниши обнаружили, что лампада горит, а на закрывавшей нишу глиняной доске отпечаталось такое же изображение.
В 944 году византийский император Константин Багрянородный выкупил святыню у правителя Едессы и с почестями перенёс в Константинополь: 16 августа Образ поместили в Фаросской церкви Пресвятой Богородицы.
О дальнейшей судьбе Нерукотворного Образа есть несколько версий: по одной, его похитили крестоносцы, и корабль со святыней затонул в Мраморном море; по другой — около 1362 года Образ передали в Геную, где он хранится в монастыре апостола Варфоломея. Известно также, что с него неоднократно появлялись отпечатки: например, на черепице («на керамии») и на плаще, который попал в Грузию.
Нерукотворный Образ играл важную роль в истории христианства: в эпоху иконоборчества его считали одним из главных доказательств правомерности иконопочитания, а русские войска изображали его на знамёнах как небесную защиту. В Русской Церкви закрепился обычай читать тропарь Нерукотворному Образу при входе в храм.
Праздник в честь перенесения святыни известен как Третий Спас, или «Спас на холсте», а икона Нерукотворного Лика — одна из самых распространённых в православном мире.