Первая церковь во имя Пресвятой Троицы в деревне Большая Нисогора была возведена по указу Святейшего синода от 10 ноября 1854 года. Храм сгорел в 1865 году со всем имуществом. Жители обратились с прошением к епископу Нафанаилу, но просьба не дошла до адресата. При поддержке благочинного священника Федора Ануфриева нисогорцы добились строительства новой церкви, которая была освящена 30 сентября 1873 года. В ноябре того же года храм стал приходским в связи с созданием Нисогорского прихода.
До 1866 года Нисогора входила в Юромский приход, затем указом Архангельской епархии была передана в Ущельский приход из-за конфликта с юромским священником Авениром Шабуниным. В 1902 году причт Нисогорского прихода обратился с просьбой о строительстве нового храма взамен старой и малопоместительной церкви. Консистория предложила три проекта, и причт выбрал проект Кургоминского храма с добавлением колокольни. Однако за основу был взят проект Козьмогородского прихода. Чин освящения новоустроенного храма совершили 30 сентября 1908 года.
В 1930-х годах церковь была закрыта, но не разрушена, так как использовалась под зернохранилище колхоза, а затем совхоза. Часть икон сохранилась у местных жителей. Приходским священником до закрытия храма состоял Алексий Александров Ильинский, бывший сельский учитель, в сане священника с 30 мая 1883 года. Псаломщиком был Константин Людсков, на епархиальной службе с 4 декабря 1893 года.
В истории Большой Нисогоры было три церкви (не считая часовен). Престольными праздниками считались Троица и Покров. В 2013 году состоялось малое освящение храма, освящение колокола и поклонного креста на месте не сохранившегося храма. Церковь не отапливаемая, службы проводятся в летнее время.