Храм Троицы Живоначальной в Муроме относится к комплексу Свято-Троицкого женского монастыря, основанного в XVII веке. Первое упоминание о монастырской Троицкой церкви встречается в писцовых книгах 1624 года. Каменный собор был построен в 1642–1643 годах на средства муромского купца Тарасия Борисова, о чем свидетельствует сохранившаяся храмозданная надпись.
Архитектура храма представляет собой характерный для середины XVII века тип пятиглавого собора с галереей и шатровой колокольней. Декоративное убранство включает поливные изразцы работы местных мастеров, что является редким примером сохранения подобного оформления в провинциальном зодчестве указанного периода. В 1807–1810 годах к храму был пристроен теплый придел в честь Казанской иконы Божией Матери.
В 1923 году монастырь был закрыт советскими властями, а храм использовался как складское помещение. Часть церковного имущества была передана в Муромский историко-художественный музей. В 1970-х годах проведена первая реставрация памятника архитектуры, в ходе которой восстановлены утраченные элементы декора.
Богослужебная жизнь возобновилась в 1991 году после передачи храма Русской Православной Церкви. В 1999–2006 годах проведена комплексная реставрация: воссозданы иконостас и настенные росписи, отреставрированы фасады. В 2010-х годах завершена реконструкция монастырского комплекса, включая восстановление исторической ограды и хозяйственных построек.
Храм сохраняет элементы первоначального убранства: фрагменты фресок XVII века, резной позолоченный иконостас середины XIX века и несколько древних икон, в том числе образ Святой Троицы письма XVI столетия. Архитектурный ансамбль монастыря включен в реестр объектов культурного наследия федерального значения под номером 3310090000.
