Храм во имя Троицы Живоначальной в селе Кошелевка был построен в 1797 году на средства помещицы Анны Ларионовны Арцыбашевой. Здание возведено в архитектурных стилях классицизма и барокко. Храм представляет собой трехсветный четверик, перекрытый куполом, который венчается главкой на квадратном барабане. С северной и южной сторон расположены четырехколонные портики. Окна первого света имеют полуциркульное завершение, второго света - круглые, третьего - полукруглые.
Колокольня храма трехъярусная, ранее завершалась шпилем, который не сохранился до настоящего времени. Вход в колокольню с западной стороны оформлен в виде портала с спаренными колоннами, несущими разорванный барочный фронтон. Углы второго яруса колокольни отмечены колонками. В храме имеются приделы Петропавловский и Димитрия Солунского.
В XIX веке храм был украшен витражами и расписан художником Александром Васильевичем Ступиным (1776-1861), академиком живописи и организатором Арзамасской школы живописи. В настоящее время храм носит название Петропавловского по своему приделу.
Храм был закрыт не позже 1930-х годов. К 1990-м годам здание находилось в тяжелом состоянии. В 2015 году был образован приход и начаты работы по расчистке и реставрации храма. Богослужения проводятся на церковнославянском языке.