Село Новотроицкое было основано в XVIII веке на реке Шешма. В 1791 году на средства помещицы А. С. Блудовой здесь был возведен кирпичный двухпрестольный храм, посвященный Живоначальной Троице, с приделом во имя святых мучеников Флора и Лавра.
В середине XIX века село принадлежало графу Дмитрию Николаевичу Блудову (1785–1864), занимавшему в разные годы посты министра внутренних дел, юстиции, президента Академии наук и председателя Государственного Совета России.
В 1888 году храм был перестроен по проекту казанского архитектора Н. М. Андреева. В 1914–1915 годах были проведены дополнительные работы по его обновлению.
Архитектурно храм представляет собой бесстолпное, одноапсидное здание с трехчастной планировочной композицией. Основной объем – односветный четверик, стены которого посредством парусов переходят в высокий барабан, освещенный десятью окнами.
В советский период храм был закрыт, и его здание использовалось в иных целях, что привело к утрате части архитектурных элементов и внутреннего убранства.
В 2003 году храм был передан Казанской епархии, после чего начались работы по его восстановлению. В настоящее время храм Живоначальной Троицы в селе Новотроицкое является действующим, в нем регулярно проводятся богослужения и церковные обряды.