Храм Троицы Живоначальной в поселке Мохнатый Лог был основан в начале XX века. Первые упоминания о храме встречаются в архивных документах Новосибирской епархии, относящихся к 1905 году. Здание храма было построено в традициях русской церковной архитектуры с элементами сибирского зодчества.
В 1920-х годах, в период антирелигиозной кампании, храм был закрыт, а его здание использовалось для хозяйственных нужд. Богослужения возобновились только в 1943 году, после изменения государственной политики в отношении Русской Православной Церкви. В послевоенные годы храм оставался одним из немногих действующих в районе.
В 1980-х годах была проведена реставрация храма, в ходе которой восстановлены первоначальные архитектурные элементы. В 1991 году храм был передан в ведение Новосибирской епархии. С этого времени в храме регулярно совершаются богослужения.
Архитектурный ансамбль храма включает в себя основное здание, колокольню и прихрамовую территорию. В интерьере сохранились элементы росписи начала XX века, отреставрированные в 2000-х годах. Храм является памятником истории и культуры регионального значения.
В настоящее время храм продолжает функционировать как приходской. При храме действует воскресная школа. Архивные документы, связанные с историей храма, хранятся в Новосибирском государственном архиве.