Первое упоминание о деревянной церкви на этом месте относится к периоду татаро-монгольского нашествия, первоначально храм был освящен в честь Николая Чудотворца. Каменный храм во имя Живоначальной Троицы построен в 1745 году на средства прихожан при участии помещика Ивана Афанасьева Асарова. В трапезной части располагались два придела: Владимирской иконы Божией Матери и Ильи Пророка.
В 1840 году проведена капитальная перестройка храма. В 1896 году церковь значительно расширена и переоборудована в теплую с духовым отоплением на средства владельца Норской мануфактуры Николая Константиновича Прохорова. В ходе реконструкции Ильинский придел переосвящен в честь Ильи Пророка и Николая Чудотворца.
Приход храма в начале XX века насчитывал 1790 человек, значительную часть составляли жители окрестных деревень. В 1913 году в деревне Курилово построена каменная Никольская церковь как филиал Троицкого прихода. При храме действовали земская школа и Общество трезвости рабочих Норской мануфактуры.
В советский период храм был закрыт, лишился глав и колокольни. В 1995 году здание возвращено Русской Православной Церкви. Проведены работы по восстановлению пятиглавия, колокольни и росписей. Колокола отлиты на заводе Николая Шувалова, изразцы для колокольни изготовлены ярославским мастером Евгением Тарабиным. В 2005-2006 годах выполнена реставрация сохранившихся фрагментов настенной живописи.
