Село Васильевское, ранее известное как Матнинский стан, впервые упоминается в 1554 году в «Уставной Грамоте» царя Ивана IV Грозного, подтверждающей его принадлежность царской семье.Позднее село стало вотчиной царя Василия Шуйского, от которого и получило своё нынешнее название.
В XVII веке в селе существовала деревянная церковь во имя Архангела Михаила. В 1758 году была построена первая каменная церковь Николая Чудотворца с приделом Михаила Архангела, ставшая тёплым храмом. К юго-востоку от неё вскоре возвели летнюю церковь Грузинской иконы Божией Матери. В 1768 году, по инициативе и на средства местных жителей, был построен соборного типа пятиглавый летний храм Троицы Живоначальной, завершивший формирование храмового комплекса села.
В 1767 году императрица Екатерина II, посетив Владимир, распорядилась о реставрации Успенского собора, в результате чего его обветшавший иконостас, состоящий из 29 икон начала XV века, был заменён новым. Жители Васильевского приобрели этот иконостас и установили его в Троицкой церкви. Среди икон были произведения, приписываемые Андрею Рублёву, Даниилу Чёрному и их ученикам.
В 1802 году по проекту крепостного зодчего Петра Корсакова была возведена пятиярусная колокольня и ограда с угловыми башнями-часовнями, богадельней, архивом и кладовыми, что придало храмовому комплексу завершённый вид.
В 1828 году тейковский иконописец Тимофей Медведев выполнил роспись Троицкого храма. В 1852 году древние иконы иконостаса были обновлены московским художником-реставратором Н.И. Подключниковым, который предположил их принадлежность кисти Андрея Рублёва или его сподвижников.
В 1918 году учёный Игорь Грабарь вывез одну из икон («Вознесение») в Москву для исследования. К 1923 году остальные иконы были переданы в Государственную Третьяковскую галерею и Государственный Русский музей, где находятся и поныне.
В 1932 году Троицкий собор был закрыт решением облисполкома. В последующие годы здание храма использовалось не по назначению, что привело к его частичному разрушению.
