Согласно историческим данным, на этом месте с XVI века существовала деревянная церковь. В 1789 году была построена каменная церковь Троицы Живоначальной, которая стала центральным элементом погоста Троица-Чижи. Архитектурные особенности храма включали приделы в честь Сергия Радонежского и Святой Троицы.
В 1937 году храм был закрыт, а его настоятель расстрелян. Колокола были отправлены на переплавку, а здание церкви постепенно разрушалось. На картах того времени урочище Троица-Чижи обозначалось как заброшенное место.
В конце XX века началось возрождение храма. В 2007 году настоятелем был назначен иерей Дионисий Тонков. В феврале 2008 года в Троица-Чижи был перевезён деревянный сруб церкви из деревни Бывалино, и началась его сборка. 8 октября 2008 года состоялось освящение нового храма.
Одновременно велись работы по восстановлению каменной Троицкой церкви. 5 мая 2009 года была заложена Свято-Троицкая каменная часовня на месте древнего деревянного храма, а 30 августа того же года она была освящена.
В 2010 году была восстановлена старая колокольня, для которой в Екатеринбурге были отлиты новые колокола. В мае 2011 года был освящён и установлен главный колокол. В том же году на месте святого источника, где, по преданию, произошло явление иконы Пресвятой Троицы, был установлен резной деревянный крест, изготовленный мастером В.М. Розанцевым.
В настоящее время территория храма продолжает благоустраиваться. Ведётся строительство каменной Троицкой церкви, а также обустройство прилегающей территории, включая детскую площадку и благоустройство пруда.
