Возведение храма было завершено в 1733 году. Основное здание представляет собой кубический объём, характерный для архитектуры XVII века, увенчанный пятиглавием. В начале XIX века к храму была пристроена трёхъярусная четырёхгранная колокольня, выполненная в стиле позднего классицизма.
К началу XX века храм имел три престола: главный — во имя Пресвятой Троицы, правый — в честь Благовещения Пресвятой Богородицы и левый — в честь Страстной иконы Божией Матери. В храме хранился чудотворный список Страстной иконы, с которым ежегодно с 4 по 18 июля совершался крестный ход в село Палец Нижегородской губернии.
В 1938 году храм был закрыт и передан под жилые помещения. В 1989 году здание возвращено Русской Православной Церкви, после чего начались восстановительные работы. К началу XXI века в храме функционируют главный престол во имя Святой Троицы и придел в честь Страстной иконы Божией Матери. К храму также приписана Стрелецкая часовня, датируемая 1697 годом.