Первые упоминания о храме в Иванчуге относятся к 1575 году, когда монахами была возведена часовня. В 1636 году путешественник Олеарий зафиксировал существование часовни, которая впоследствии была освящена как храм во имя Святой Троицы с приделом святых Петра и Павла. К 1760 году здание пришло в негодность, и священник Стефан Афанасьев ходатайствовал о строительстве нового храма, который был возведен в 1762 году.
В 1774 году храм вновь стал непригоден для богослужений. В 1796 году его разобрали, а на Канычинском бугре в трех километрах от прежнего места установили перенесенную из Астрахани Харлампиевскую церковь, освященную в 1797 году как Троицкий храм. Из-за ветхости и удаленности от села в 1835 году началось строительство нового храма, завершенное в 1846 году. На месте старого храма возвели часовню, сохранявшуюся до 1909 года.
В 1876 году в связи с подмыванием острова Волжской водой было принято решение о переносе села и храма. Новый деревянный храм построили в 1883-1884 годах. При церкви купцом Михаилом Перетрутовым был устроен странноприимный дом для богомольцев, посещавших местную святыню - Феодоровскую икону Божией Матери. В 1895 году храм расширили пристройкой двух приделов, в 1901 году добавили алтари: правый - в честь Феодоровской иконы, левый - трех святителей.
По описанию 1910 года, Свято-Троицкая церковь представляла собой деревянное сооружение на кирпичном цоколе, обшитое тесом, с железной крышей, окрашенной зеленой краской. Храм имел пять глав, 27 окон, пять печей для отопления. Главной святыней являлась старинная Феодоровская икона Божией Матери, происхождение которой связывают то с евангелистом Лукой, то со Степаном Разиным. В 1924 году икону посетил священномученик Фаддей. В 1930-х годах икона была вывезена перед закрытием храма, ее дальнейшая судьба неизвестна.
В 1930-х годах храм закрыли. В 1993 году приход был возрожден. В описи имущества 1919 года значились 256 предметов, включая Евангелия 1646 и 1767 годов, напрестольный крест 1762 года с частицами мощей, пять колоколов.