Троицкая церковь в Свияжске сооружена в 1551 году как часть крепости, основанной по указу Ивана IV Грозного для подготовки к взятию Казани. Срублена из лиственничных бревен в угличских лесах зимой 1550-1551 годов, транспортирована весной 1551 года плотами по Волге и собрана на острове за один день 17 мая 1551 года, в праздник Святой Троицы. Первоначально относилась к Троице-Сергиевскому монастырю, основанному одновременно со свияжской крепостью.
Архитектурный облик храма первоначально соответствовал клетскому типу древнерусских деревянных церквей с шатровым завершением. Размеры сооружения составляли 10 саженей в длину и 4 сажени в ширину. Конструкция выполнена без металлических креплений, с использованием традиционных плотницких технологий. Бревна маркированы по десятичной системе для сборки.
В XVII веке храм перешел в ведение Иоанно-Предтеченского монастыря после упразднения Троице-Сергиевской обители. В XVIII-XIX веках подвергся значительным перестройкам: шатровое завершение заменено восьмискатной крышей (1810), стены обшиты тесом (1821), пристроены крыльца с колоннами (1819), сооружен кирпичный цоколь (1821). Внутреннее пространство сохранило первоначальную планировку с лавками вдоль стен и четырехъярусным тябловым иконостасом.
Иконостас храма создан в начале XVII века мастерами украинского происхождения в стиле барокко. Отличительной особенностью являются пояснительные надписи на латыни и включение образов, не характерных для русской иконописной традиции. Большая часть икон XVI-XVII веков в советский период передана в Государственный музей изобразительных искусств Республики Татарстан.
В 1918 году монастырь закрыт, храм использовался как музейный объект. Реставрационные работы 2011 года частично вернули сооружению первоначальный облик: восстановлено шатровое завершение, демонтирована тесовая обшивка стен. Нумерация бревен, нанесенная при строительстве, сохранилась на открытых поверхностях сруба.