Село Протопопово было основано в 1650-х годах дворянами Игнатием и Василием Протопоповыми. Жители села до реформы 1861 года относились к категории помещичьих крестьян и занимались земледелием и скотоводством.
Строительство каменного храма в честь Живоначальной Троицы было завершено в 1817 году на средства титулярного советника Фёдора Васильевича Ртищева. В 1859 году храм был расширен: были пристроены приделы в честь святителя Николая Чудотворца и Казанской иконы Божией Матери. Архитектурный стиль храма сочетает элементы классицизма и барокко. Здание каменное, с колокольней, в интерьере сохранились остатки трёхъярусного деревянного иконостаса. По данным клировой ведомости 1859 года, в штате храма состояли священник, диакон, дьячок и пономарь.
В 1917 году храм был закрыт. В последующие десятилетия здание пришло в запустение. В 2017 году начались работы по восстановлению храма. Была оформлена передача здания и прилегающей территории Русской Православной Церкви. Работы по восстановлению храма продолжаются, при этом соблюдаются требования по сохранению объекта культурного наследия.
