Первые документальные упоминания о религиозных сооружениях в селе относятся к 1628 году, когда в патриарших окладных книгах зафиксирована деревянная церковь Святого Пророка Илии. Это свидетельствует о наличии в тот период организованного прихода и развитой церковной жизни в Большой Бремболе.
В начале XVIII века, в 1706 году, на месте прежней деревянной церкви был возведен каменный храм во имя Живоначальной Троицы. Строительство осуществлялось на средства владельца села Алексея Ивановича Янова. Новый храм стал центральным элементом архитектурного ансамбля села и важным духовным центром для его жителей.
Архитектурно церковь представляет собой типичный для того времени образец православного зодчества. В 1842 году к основному зданию была пристроена ярусная колокольня, что придало храму завершенный и гармоничный облик. В период с 1846 по 1848 годы к трапезной части храма были добавлены приделы, расширившие его функциональные возможности и вместимость.
В 1932 году храм пережил значительное повреждение: во время грозы молния ударила в колокольню, вызвав пожар, в результате которого верхняя часть колокольни сгорела, а колокола упали. Это событие отразилось на внешнем виде и состоянии здания, потребовав последующих восстановительных работ.
На протяжении XX века, особенно в советский период, многие религиозные учреждения подвергались закрытию или перепрофилированию. Однако конкретные сведения о судьбе храма Живоначальной Троицы в этот период требуют дополнительного исследования.
