Согласно «Адрес-календарю Нижегородской Епархии» за 1904 год, каменный храм был возведен в 1890 году на средства прихожан. Главный престол освящен в честь Святой Живоначальной Троицы, правый придел — во имя святого князя Александра Невского и святителя Николая Чудотворца, левый придел — во имя преподобных Сергия и Никона Радонежских.
Архитектурно храм представляет собой здание типа «корабль», где трапезная, колокольня и основное здание выстроены в одну линию. Фасад украшен кирпичным декором, характерным для эклектики с элементами русского стиля.
В 1912 году церковный староста Иван Иванович Лавров на личные средства построил вокруг Троицкой церкви каменную ограду со святыми вратами, оплатил работу иконописцев по росписи церкви и позолоту иконостаса, а также пожертвовал средства на внутреннее благоукрашение. За свои труды И.И. Лавров был удостоен от Святейшего Синода различных наград и почетных грамот.
В апреле 1941 года, согласно решению исполнительного комитета Горьковского областного Совета депутатов трудящихся, храм был закрыт и переоборудован под зернохранилище.
В 1989 году здание храма было возвращено религиозной общине села Байково, после чего начались восстановительные работы. К 1990 году в храме возобновились богослужения.
В 2020 году храм отметил 130-летие со дня основания. К этому времени были проведены работы по реставрации фасада и интерьера, восстановлены фрески и иконостас. В храме продолжаются регулярные богослужения и церковные мероприятия.