Каменная церковь в честь Пресвятой Троицы в Шацке была возведена в 1773 году на средства московского купца Леонида Милованова. Первоначально храм был освящен во имя святой великомученицы Параскевы Пятницы, о чем свидетельствует наличие местночтимой иконы этой святой. Архитектурное решение представляет собой барочный стиль с элементами раннего классицизма, а основной объем выполнен в виде четверика со скругленными углами, перекрытого купольным сводом.

В 1841 году храм был значительно расширен за счет средств прихожан и шацкого купца Николая Осина. К зданию пристроили обширную трапезную с двумя приделами: правым — во имя Всех Святых и левым — в честь великомученицы Варвары. Одновременно с этим была возведена ярусная колокольня, соединенная с основным зданием. В этот же период при храме действовала церковно-приходская мужская школа, попечительство и Натальинская богадельня, основанная на капитал, завещанный благотворителем Фирсовым.

В 1930-х годах храм был закрыт советскими властями, а его здание передано под инкубаторный цех местной птицефабрики. В результате хозяйственного использования церковное здание пришло в упадок и подверглось значительным разрушениям. Только в 1990 году храм был возвращен Русской Православной Церкви, после чего начались масштабные реставрационные работы.

9 июля 1993 года состоялось освящение главного престола в честь Пресвятой Троицы. В 1995 году был освящен правый придел Всех Святых, а в 2003 году — левый придел великомученицы Варвары. В период с 1999 по 2008 год проводились работы по восстановлению иконостасов, покрытых сусальным золотом, реставрации фасада, воссозданию колокольни и куполов. В настоящее время храм имеет статус собора Скопинско-Шацкой епархии Рязанской митрополии.