Каменный двухпрестольный храм во имя Живоначальной Троицы с приделом Покрова Пресвятой Богородицы в селе Новотроицкое строился с 1831 по 1852 год. Проект разработан уфимским губернским архитектором А.В. Алфеевым на основе образцовых проектов К. Тона в русско-византийском стиле. Финансирование осуществлялось совместно Министерством Императорского Двора и средствами прихожан.
В 1825 году заключен контракт с подрядчиком, елабужским купцом Петром Ивановичем Новиковым. Покровский придел освящен 21 мая 1835 года, однако дальнейшее строительство приостановилось из-за нехватки средств и недобросовестности подрядчика. Недостроенный основной объем пришлось разбирать. После пересмотра проекта в 1843 году строительство возобновилось, и главный Троицкий престол освящен 27 октября 1852 года.
Архитектурная композиция храма осевая: односветный четверик с высоким барабаном, освещенным десятью окнами, перекрытый купольным сводом. Трехъярусная колокольня состоит из четвериков в нижних ярусах и восьмерика яруса звона, завершается шатром. Фасады украшены полуциркульными оконными проемами с килевидными архивольтами.
В 1890 году при храме учреждено попечительство. Церковь владела 33 десятинами земли. Причт состоял из священника и псаломщика, получавших 97 рублей 2 копейки годового содержания. Приход включал жителей села, трех деревень и нескольких хуторов - всего 3417 человек. С 1877 года действовала земская школа.
В 1930-х годах храм закрыт, использовался как складское помещение. В 2003 году здание возвращено Казанской епархии Русской Православной Церкви, начаты восстановительные работы. В 2022 году завершена установка шатровой главки на колокольню.