Каменное двухэтажное здание включало три престола: в верхнем холодном этаже — в честь Святой Живоначальной Троицы, в нижнем тёплом этаже — в честь Успения Божией Матери и во имя святого благоверного великого князя Александра Невского.
Село Петровское впервые упоминается в начале XVII века, когда после Смутного времени оно было пожаловано Никифору Ивановичу Жировскому и князю Ивану Михайловичу Барятинскому. В 1776 году доля Жировского стала собственностью подполковника Скрипицына, который в 1788 году приобрёл и часть владений Барятинского, объединив значительную часть села под своим управлением.
В 1884 году на средства прихожан была построена церковно-приходская школа. По данным 1857 года, в селе насчитывалось 13 дворов и 134 жителя. К 1905 году число дворов сократилось до трёх, а население составляло 15 человек. После отмены крепостного права большинство крестьян покинули село, и оно фактически превратилось в погост.
В 1936 году храм был закрыт, однако вскоре после окончания Великой Отечественной войны возобновил свою деятельность. В послевоенные годы приход храма оставался малочисленным и бедным. С 1936 по 1985 годы в храме сменилось 14 настоятелей.
