Архитектурно здание храма выполнено в стиле барокко, характерном для второй половины XVIII века. Первоначально церковь имела крестообразную форму и была ориентирована по оси восток-запад, перпендикулярно главной дороге посёлка. В последующие годы здание претерпело несколько перестроек, однако основные элементы барочной архитектуры были сохранены.
Освящение храма было совершено иеромонахом Пахомием, настоятелем Саровского монастыря. Существует предположение, что в этом событии мог принимать участие преподобный Серафим Саровский, который нередко сопровождал Пахомия в его поездках.
Богослужения в храме проводились до конца 1933 года. 31 декабря 1933 года краевая комиссия по религиозным культам при президиуме Горьковского крайисполкома приняла решение о ликвидации церкви с последующим переоборудованием её под клуб. В 1969 году на базе летней церкви был создан филиал механического завода, а здание бывшего храма использовалось как склад готовой продукции.
В конце 1996 года начались работы по реставрации храма. Восстановительные мероприятия продолжались два года, и в 1998 году световой восьмерик с куполом и главкой был восстановлен силами ОАО «Строитель» под руководством А. И. Нестерова. В том же году состоялся крестный ход от молельного дома до вновь восстановленного храма Святой Троицы, после чего в нём возобновились регулярные богослужения.
