Каменный храм в честь Пресвятой Живоначальной Троицы на Троицком кладбище Балахны построен в 1784 году на средства горожан. Он заменил упраздненную деревянную Успенскую церковь, известную с XVII века и располагавшуюся у Водяных ворот города. Престол упраздненной церкви перенесен во вновь построенный храм как Успенский придел. Левый придел освящен в память чуда Архистратига Михаила в Хонех.
Архитектура храма следует традициям русского зодчества начала XVIII века с элементами московского барокко. Основной объем выполнен по типу «восьмерик на четверике»: два восьмигранных яруса установлены на квадратном основании и увенчаны граненым куполом с декоративной главкой. С запада к храму примыкает трапезная. Отдельно стоящая колокольня, разрушенная в 1935 году, также имела форму восьмигранной башни. На ней находился колокол весом 103 пуда, пожертвованный купцом Петром Семеновичем Латухиным.
В 1931 году храм планировали снести в связи со строительством высоковольтной линии, но решение отменили после обращения верующих. В 1937 году был репрессирован и расстрелян иерей Василий Николаевич Никольский. Богослужения прекратились в 1938 году, а в 1941 году горсовет принял окончательное решение о закрытии. В военные годы в здании размещался госпиталь, с 1977 года — мастерские по изготовлению гробов.
Богослужения возобновились в 1995 году. В храме сохранились кирпичные ворота XVIII века с черепичным покрытием. Среди святынь упоминается тапочка святого мученика Антония Виленского. Троицкий некрополь, при котором стоит храм, является первым городским кладбищем Балахны с захоронениями XVIII-XX веков, включая могилы солепромышленников, судостроителей и военных.
