Первое упоминание о деревянной церкви на месте современного храма относится к 1646 году. В 1736 году на средства купца Стефана Вишнякова и крестьянина Алексея Осокина из деревни Жуково был возведен каменный храм. Строительство велось в период правления императрицы Анны Иоанновны. Первоначально был построен нижний храм с престолом во имя святителя Николая Чудотворца.
В 1757 году завершено строительство второго этажа с главным престолом в честь Святой Троицы. Храм был выполнен в традициях русского зодчества XVIII века с элементами архитектуры XV-XVII столетий. Комплекс включал пятиглавый четверик, трапезную и отдельно стоящую четырехъярусную колокольню, соединенную с основным зданием крытой галереей. На колокольне находилось семь колоколов разного веса.
Внутреннее убранство храма отличалось богатством: четырехъярусный иконостас верхнего храма содержал 64 иконы в драгоценных окладах, двухъярусный иконостас нижнего храма был украшен резьбой. Особой реликвией являлся резной деревянный образ Спасителя в терновом венце с надписью «От стрельца, 1695 год».
В 1932 году храм был закрыт, а в 1939 году разрушены верхние ярусы и колокольня. В советский период здание использовалось под мастерские, в годы войны - для проверки броневых листов. Долгое время храм находился в полуразрушенном состоянии.
В 1995 году начались работы по восстановлению храма, которые завершились в 2008 году. Восстановленный комплекс включает пятиглавый храм с шатровой колокольней, выполненный в эклектичном стиле с элементами древнерусского зодчества. В мае 2003 года был освящен нижний храм во имя святителя Николая Чудотворца, в мае 2008 года - верхний храм в честь Святой Троицы.