Первое упоминание о Троицкой церкви в селе Бармино относится к писцовой книге Д. Лодыгина за 1621-1624 годы, где указано: «Село Троецкое, а Бармино тож, на реке на Волге, ставится ново. А в селе церковь Живоначалные Троицы, древяна клецки». Храм был построен на средства боярина князя Ивана Михайловича Воротынского и местных жителей. В документе упоминается священник Олексий Микитин и проскурница Марья Павлова.
К 1681 году церковь описывается как «старая», что свидетельствует о её существовании уже длительное время. В 1693 году на её месте была возведена новая деревянная церковь клетского типа с пятиглавием и шатровой колокольней. Храм имел размеры 25×9,3 м и был построен «тщанием прихожан». Особенностью конструкции было высокое подцерковье на дубовых столбах для защиты от половодий.
В 1853 году церковь была отреставрирована на средства прихожан. В этот период храм входил в первый благочинный округ Макарьевского уезда и обслуживал приходы нескольких окрестных деревень. В 1911 году приход насчитывал 3536 человек.
В конце 1920-х годов храм был закрыт, а его здание использовалось как складское помещение. В 1977 году церковь полностью сгорела. В июне 1999 года был зарегистрирован новый приход, а в 2010 году на месте сгоревшего храма построена часовня.
Современный храм был построен в 2015-2018 годах по проекту архитектора Э.Г. Титова в традициях русского деревянного зодчества. Основной объём выполнен по типу «восьмерик на четверике» с шатровым завершением. 27 мая 2018 года состоялось великое освящение нового храма.
