Храм в честь Живоначальной Троицы в селе Протопопово был построен в 1817 году на средства местного помещика Федора Васильевича Ртищева. Архитектурный стиль здания сочетает элементы классицизма и барокко. Первоначальный объем храма представлял собой четверик с полукруглой апсидой и трапезной частью.
В 1859 году храм был перестроен и расширен на средства внука основателя - Федора Васильевича Пятницкого. В ходе реконструкции к основному объему были пристроены два придела: северный - в честь святителя Николая Чудотворца, и южный - в честь Казанской иконы Божией Матери. Это значительно увеличило площадь храма и изменило его планировочную структуру.
В 1917 году, после революционных событий, храм был закрыт для богослужений. В советский период здание использовалось не по назначению, что привело к его постепенному разрушению. В интерьере сохранились фрагменты трехъярусного деревянного иконостаса, представляющие историко-художественную ценность.
С 2017 года начались работы по восстановлению храма по благословению митрополита Казанского и Татарстанского. Были проведены мероприятия по оформлению документов для передачи здания, являющегося объектом культурного наследия Татарстана, Русской Православной Церкви. В процессе реставрации особое внимание уделяется сохранению первоначальных архитектурных форм и элементов декора.
Храм имеет три престола: главный - в честь Святой Троицы, и два придельных - Николая Чудотворца и Казанской иконы Божией Матери. Архитектурный ансамбль представляет собой характерный пример сельского храмового строительства первой половины XIX века в Поволжье.