Строительство храма было инициировано в 1833 году и завершено в 1839 году на средства Татьяны Араповой, вдовы местного фабриканта Мартына Лиона, известной своей благотворительной деятельностью.
Архитектурный проект храма был разработан известным русским архитектором Матвеем Фёдоровичем Казаковым. Храм представляет собой ротонду с куполообразным верхом, над которым расположена звонница, увенчанная главой с крестом. Фасады украшены шестиколонными портиками, ориентированными по сторонам света. Внутреннее убранство включало художественную роспись, дорогой иконостас и богатую утварь.
В храме устроены два престола: главный — в честь Святой Троицы, и придельный — в честь святой мученицы Татианы. В 1886 году при храме была открыта церковно-приходская школа, в которой к концу XIX века обучалось 46 учеников.
В 1918 году, после свержения местного совета, на территории церковного двора карательным отрядом Красной Армии был расстрелян весь причт храма и некоторые прихожане. В 2003 году на месте их захоронения был установлен памятный крест с надписью, увековечивающей память 24 убиенных.
В 1930-х годах храм был закрыт, однако в 1946 году возобновил свою деятельность и с тех пор остается действующим. В 2011 году была проведена значительная реставрация, после которой храм был признан памятником архитектуры Тамбовской области.
