Село Карачельское было основано в 1743 году как укреплённый пункт на границе освоенных территорий. В 1746 году в селе была построена первая деревянная церковь во имя Трёх Святителей: Василия Великого, Григория Богослова и Иоанна Златоуста. К концу 1760-х годов эта церковь обветшала и была разобрана. На её месте в 1770 году началось строительство новой деревянной церкви, которая была освящена в 1772 году. Однако и эта постройка со временем пришла в негодность.
В 1827 году было принято решение о возведении каменного храма на месте прежней деревянной церкви. Строительство велось на средства прихожан и завершилось в 1832 году. Новый храм представлял собой каменное здание в стиле классицизма с элементами барокко, характерными для культовой архитектуры того периода. В храме было три престола: главный — во имя Трёх Святителей, и два придела — во имя Святителя Николая Чудотворца и во имя Покрова Пресвятой Богородицы.
В советский период, в 1930-х годах, храм был закрыт, а его здание использовалось под различные хозяйственные нужды, что привело к утрате многих архитектурных элементов и внутреннего убранства. В последующие десятилетия здание храма находилось в запущенном состоянии.
В 1990-х годах, после изменения государственной политики в отношении религии, здание храма было возвращено Русской Православной Церкви. Силами местных жителей и при поддержке епархии начались работы по его восстановлению. Были проведены реставрационные работы, включающие восстановление кровли, куполов, внутренней отделки и иконостаса. В 2014 году восстановленный храм был вновь освящён, и в нём возобновились богослужения.
