Каменный храм во имя преподобного Сергия Радонежского в поселке Бутурлино был построен в 1837 году на средства прихожан. Архитектурный тип сооружения соответствует характерному для XIX века стилю «корабль». Здание включает трехпрестольный алтарь: главный (холодный) престол освящен в честь Сергия Радонежского, теплые приделы – правый во имя пророка Илии и левый во имя святителя Николая Чудотворца. Основной алтарь был освящен в 1844 году, что подтверждается записями в церковных книгах.
Храмовая архитектура отличается лаконичностью: невысокая колокольня со шпилем, купол без светового барабана, сводчатые окна и два декоративных портика. В звоннице размещено пять колоколов, крупнейший из которых превышает 1.5 тонны. Иконостас выполнен в традициях древнерусского зодчества с элементами позолоты. Первоначально богослужения совершались только в теплое время года из-за отсутствия печей, зимой службы проводились в трапезной части, что создавало тесноту для растущего числа прихожан.
В 1937 году храм был закрыт после ареста последнего настоятеля. В период Великой Отечественной войны здание использовалось как начальная школа, а в 1958-1959 годах перестроено в Дом культуры с демонтажом колокольни и купола. В 1992 году сооружение возвращено Нижегородской епархии, реставрационные работы продолжаются. Приказом департамента охраны наследия Нижегородской области от 24.04.2000 №5-ОД храм получил статус объекта культурного наследия регионального значения (утратил силу в 2014 году).
Исторические источники отмечают существование в Бутурлине кладбищенского «напольного» храма 1815 года постройки, а также двух поминальных часовен при старом и новом кладбищах. Приход включал жителей села и крестьян деревень Откосная и Филиппова: на 1911 год зафиксировано 228 дворов с 1892 прихожанами.