Первая церковь в селе Голофеевка была построена в 1755 году. К началу XIX века деревянное здание обветшало, что обусловило необходимость возведения нового храма. В 1820 году на средства помощника коллежского советника Тимофея Мироновича Времева и его семьи был построен каменный храм во имя Святой Троицы и преподобного Тимофея. Строительство осуществлялось с благословения епископа Воронежского и Черкасского Епифания.
Архитектурно храм представляет собой образец классицизма. Здание выполнено из кирпича, оштукатурено и окрашено в светло-зелёный цвет. Основной объём храма увенчан световым барабаном с куполом. С западной стороны к основному объёму примыкает колокольня, завершённая шпилем. Фасады украшены пилястрами и арочными окнами. Внутреннее пространство храма включает подкупольные росписи, изображающие собор Архангелов. Под алтарной частью расположена фамильная усыпальница семьи Времевых.
В 1922 году, в период антирелигиозной политики Советского государства, богослужения в храме были прекращены. Здание подверглось разрушению, колокола были сняты. В последующие десятилетия храм находился в запустении и использовался не по назначению.
В начале XXI века начались восстановительные работы. К 2010 году основные реставрационные мероприятия были завершены. 27 июня 2010 года архиепископ Белгородский и Старооскольский Иоанн совершил освящение восстановленного храма. Были восстановлены подкупольные росписи, частично воссоздана колокольня, однако её высота осталась ниже первоначальной.
