Первая деревянная церковь в селе была построена в середине XVIII века на возвышенности правого берега реки Байгора. В 1850 году, на средства прихожан, была возведена новая кирпичная церковь, ставшая главным храмом, к которому была приписана Троицкая церковь в соседнем селе Пашково. Архитектурно храм выполнен в стиле классицизма, с характерными для того периода элементами. Внутреннее убранство включало три престола: главный — во имя Святой Троицы, второй — в честь Казанской иконы Божией Матери, третий — в память преподобного Серафима Саровского чудотворца.
В 1937 году, после празднования Пасхи, храм был закрыт в рамках антирелигиозной политики советской власти. Однако в 1946 году, по ходатайству местных жителей, церковь была вновь открыта, а в 1947 году, на первый день праздника Троицы, состоялось её повторное освящение. С тех пор храм продолжает функционировать, являясь центром духовной жизни села.
Согласно постановлению главы администрации Липецкой области от 27 февраля 1992 года № 106, Троицкая церковь в селе Крутченская Байгора признана памятником архитектуры и объектом исторического и культурного наследия регионального значения.
В 2018 году, по инициативе уроженца села, спикера законодательного собрания Санкт-Петербурга, были собраны средства на реставрацию храма. Ремонтные работы начались летом того же года, направленные на восстановление первоначального облика церкви и укрепление её конструкций.