В 1733 году, по указу императрицы Анны Иоанновны, началось строительство каменного храма на месте ранее существовавшей деревянной церкви Святой Екатерины. Проект разработал архитектор Иван Яковлевич Бланк. Строительство завершилось в 1735 году, и 2 августа того же года главный престол был освящен во имя Святой Троицы.
Архитектурный облик храма выполнен в стиле "аннинского барокко". Здание представляет собой одноэтажную постройку с тремя нефами, увенчанную пятью куполами. Фасады украшены пилястрами и декоративными элементами, характерными для барочной архитектуры того периода.
В последующие годы к храму были пристроены дополнительные приделы: в 1738 году — во имя Святого Николая, освященный в 1761 году, и в 1822 году — во имя Симеона и Анны.
Храм Святой Троицы стал центром духовной жизни Красного Села, особенно в период проведения военных маневров и учений, которые начались в 1765 году по повелению Екатерины II. В этот период Красное Село стало местом летней дислокации гвардейских частей Петербургского гарнизона, и храм служил местом богослужений для военных и членов императорской семьи.
В советский период храм был закрыт, и его помещения использовались для различных нужд, включая размещение кинотеатра и дома культуры. В результате здание претерпело значительные изменения и утраты.
В 2011 году храм был вновь освящен и возобновил свою деятельность как действующий православный приход. В настоящее время он относится к Санкт-Петербургской епархии Русской Православной Церкви и является центром духовной жизни Красносельского района.
