Первый деревянный храм в Танкеевке был построен в 1756 году. К середине XIX века возникла необходимость в более просторном и долговечном здании для удовлетворения потребностей растущего числа прихожан. В 1859 году, на средства помещика Дмитрия Николаевича Блудова, был возведён новый кирпичный храм Живоначальной Троицы. Проект храма разработал архитектор Константин Андреевич Тон, известный своими работами в русско-византийском стиле. Архитектурно здание представляет собой крестово-купольный храм с пятью куполами, центральный из которых возвышается на световом барабане. Фасады украшены декоративными элементами, характерными для русской православной архитектуры XIX века.
Первоначально в храме были устроены два придела: в честь Казанской иконы Божией Матери и святителя Николая Чудотворца. Позднее к церкви были пристроены ещё два придела — в честь великомученика Димитрия Солунского и мученицы царицы Александры. В 1897 году, по проекту архитектора Фёдора Николаевича Малиновского, к храму была пристроена колокольня, гармонично дополнившая архитектурный ансамбль.
До реформы 1861 года жители села Танкеевка относились к категории помещичьих крестьян и занимались земледелием, разведением скота, а также мукомольным, кирпичным и кузнечным промыслами. В начале XX века в селе функционировали земская школа, открытая в 1887 году, участковая больница на 30 коек, семь ветряных мельниц, восемь кирпичных заведений, две кузницы, шерстобойня и три мелочные лавки. В этот период земельный надел сельской общины составлял 1468 десятин.
В советский период, в рамках антирелигиозной политики государства, храм Живоначальной Троицы был закрыт, а его имущество национализировано. Здание использовалось для различных хозяйственных нужд, что привело к утрате значительной части внутреннего убранства и иконописи.
В постсоветский период, с возрождением религиозной жизни в России, начались работы по восстановлению храма. Были проведены реставрационные мероприятия, направленные на восстановление архитектурного облика здания и его адаптацию для проведения богослужений.