Храм в честь Пресвятой Живоначальной Троицы в селе Семёново Арзамасского района Нижегородской области был основан на месте четвёртого стана Ивана Грозного во время его похода на Казань в 1552 году. Согласно летописным свидетельствам, на каждом стане царь ставил деревянные рубленые церкви. В начале XVII века в записях Арзамасской приказной избы упоминается село Семёновское при Старомосковском тракте, что подтверждает наличие храмовой постройки.
В 1756 году в селе существовала деревянная церковь Святой Троицы на каменном фундаменте, о чём свидетельствуют описи Арзамасского благочиния 1815 года. Приход насчитывал 126 дворов, настоятелем был священник Фёдор Федотов. В начале XIX века село принадлежало Александру Родионовичу Сунгурову, а позднее перешло во владение князя Н.И. Енгалычева.
Каменный храм был заложен в 1815 году по проекту архитектора Михаила Петровича Коринфского в честь победы в Отечественной войне 1812 года. Строительство велось под руководством князя Дудовича на средства жителей сёл Семёново и Четвертаково. Освящение главного престола состоялось в 1839 году. Левый придел был посвящён Рождеству Пресвятой Богородицы, правый - Преображению Господню и иконе «Избавление от Бед Страждущих», принесённой из Иерусалима мирянином Тарасовым в завершающий период строительства.
До 1937 года храм оставался центром Семёновской волости, объединявшей пять окрестных сёл. В этом же году церковь была закрыта, а последний настоятель Владимир Феофанович Силунский репрессирован. В 1941 году разрушены 58-метровая колокольня и зимняя церковь. Летний храм использовался колхозом «Заря» как складское помещение.
В 2013 году зарегистрирован приход и начаты восстановительные работы: расчистка территории, реставрация купольного каркаса и креста. Архитектурная атрибуция проекта Коринфскому подтверждена в ходе исторических изысканий. Сохранились сведения о планировке трёхпрестольного храма с центральным объёмом, завершённым ротондой под куполом, что характерно для классицистических построек первой трети XIX века.