Здание, в котором ныне располагается храм, было возведено около 1830 года и первоначально принадлежало еврейской общине города Тильзит (ныне Советск). Во времена нацистских гонений на евреев в Германии в 1938 году городская синагога была разрушена, однако данное здание уцелело. После окончания Второй мировой войны оно использовалось как склад воинской части, а позднее было заброшено.
В 1988 году пустующее здание было передано в ведение православной общине. В 1989 году архиепископом Смоленским и Калининградским Кириллом был совершен обряд торжественного освящения церкви Святой Троицы в восстановленном здании.
В ходе реставрационных работ были внесены изменения в архитектурный облик здания: перестроен центральный вход и добавлены купола с православными крестами. Храм увенчан несколькими ярко-синими куполами с золотыми звездами. Церковные стены окрашены в два цвета: зелёный и коричневый. Внутреннее убранство храма включает яркие тона: зелёный, салатовый, розовый, жёлтый, синий и другие цвета, гармонично сочетающиеся с интерьером.