Село Вёска известно с начала XV века. В 1408 году оно упоминается в числе владений великого князя Василия Дмитриевича, переданных его сыну Ивану. По данным писцовых книг 1628–1629 годов, треть села принадлежала Афанасию Савельевичу Шемякову, а две трети — его братьям. На общей земле уже тогда существовала деревянная церковь во имя святителя Николая Чудотворца. В 1730 году, по инициативе прихожан, была построена вторая деревянная церковь — во имя Рождества Пресвятой Богородицы, предназначенная для зимнего богослужения. Таким образом, к середине XVIII века в селе действовали два деревянных храма.
В 1808 году, по инициативе и на средства помещика Николая Львовича Батюшкова, на месте прежних деревянных церквей был возведён каменный храм с колокольней. Новый храм был построен в стиле классицизма, распространённом в то время в русской церковной архитектуре. Он имел три престола: главный — в честь Пресвятой Троицы, и два в трапезной части — во имя святителя Николая Чудотворца и Рождества Пресвятой Богородицы. Храм был расписан около 1800 года.
В период с 1828 по 1830 годы была удлинена трапезная часть храма, возведены новая колокольня и ограда. Эти работы были обусловлены необходимостью расширения пространства для богослужений и укрепления архитектурного облика храма.
Приход храма включал село Вёска и десять окрестных деревень: Бугримово, Шешуково, Малое Палицино, Юрино, Головино, Большое Палицино, Воскресенское, Малое Сокольниково, Родионцево и Осинки. Общее число прихожан составляло 440 мужчин и 537 женщин, все православного вероисповедания. При храме действовала земская народная школа, в которой в 1893 году обучались 40 учеников.
В 1932–1934 годах храм был закрыт в рамках антирелигиозной кампании советской власти. Здание использовалось в качестве зернохранилища, что привело к утрате внутреннего убранства и постепенному разрушению архитектурных элементов.
В 1950-х годах произошло обрушение шпиля колокольни, что усугубило состояние храма. К началу XXI века здание находилось в полуразрушенном состоянии, однако сохранило основные конструктивные элементы.
В 2013 году начались работы по восстановлению храма. Были проведены мероприятия по очистке территории, укреплению фундамента, установке новых дверей и окон, а также восстановлению кровли над алтарной частью. В апреле 2013 года были установлены новые купола и кресты, что стало важным этапом в процессе реставрации.
