Строительство каменного храма началось в 1734 году, в период неурожая и голода. Инициаторами строительства выступили тверские купцы Матвей и Алексей Арефьевы, которые, стремясь поддержать население, предоставили работу и средства на возведение церкви. На месте будущего храма ранее находилась деревянная Троицкая церковь, которая была разобрана и перенесена в село Бор Тверского уезда. Новый храм был освящён в 1737 году.
Архитектура храма выполнена в стиле нарышкинского барокко. Здание имеет оштукатуренные кирпичные стены и фасады, украшенные резным белокаменным декором. Особенностью являются наличники окон, обвитые виноградной лозой, и три изображения пламенеющих свечей над фронтоном, символизирующие Живоначальную Троицу.
В 1795 году вокруг храма была возведена каменная ограда. Внутренние росписи были выполнены в 1817 году и переписаны в 1840 году. В 1847–1848 годах по проекту губернского архитектора Ивана Львова был пристроен южный придел во имя иконы Божией Матери «Всех Скорбящих Радость». В 1875–1880 годах на средства церковного старосты купца С. Ф. Шлыгина была расширена трапезная, переделаны крыльцо и своды, заново расписаны стены и установлен новый иконостас главного алтаря.
В советский период храм был закрыт. В 1930-х годах снесены главка и шатровое завершение колокольни, внутреннее пространство разделено на три этажа и использовалось под ремонтные мастерские. Во время Великой Отечественной войны в здании размещался молокозавод, позднее — областной кинопрокат. Алтари были осквернены, а стенные росписи закрашены масляной краской.
Реставрационные работы проводились в 1986–1991 годах, в ходе которых восстановлен шатёр колокольни и установлена позолоченная главка. 27 сентября 2005 года на куполе был водружён крест. В 2010 году храм был передан Русской Православной Церкви и приписан к Оршину женскому монастырю. С 2018 по 2021 годы проведён капитальный ремонт здания.
Внутреннее убранство храма включает фрески, созданные предположительно в 1817 году. Сюжеты росписей включают коронование Богоматери, десять евангельских блаженств, двенадцать апостолов и таинства Иисуса Христа. Фрески выполнены в технике гризайли, создающей эффект объёмности и резьбы.
