Храм во имя Живоначальной Троицы в селе Верхний Багряж был построен в период с 1887 по 1889 год по проекту уфимского епархиального архитектора А.В. Перкица. Средства на строительство были предоставлены елабужским купцом Иваном Григорьевичем Стахеевым и местными прихожанами. Лес для возведения храма выделила казна.
Церковь представляет собой деревянное сооружение традиционной клетской архитектуры с двухъярусной колокольней. Главный престол освящен в честь Святой Троицы. В 1896 году здание пострадало от пожара и было восстановлено к 1897 году с повторным освящением. В этот же период при храме открылась церковно-приходская школа.
В 1931 году храм был закрыт для богослужений. В советский период здание использовалось как зернохранилище, а позднее было переоборудовано под сельский клуб, где сцена располагалась в алтарной части. С 1990-х годов сооружение находилось в заброшенном состоянии без подключения к инженерным сетям.
В 2023 году начались противоаварийные и реставрационные работы. При обследовании выявлено, что конструктивные элементы сруба сильно пострадали от времени и биологических повреждений. Реставрация проводилась с использованием аналоговых решений на основе сохранившихся кряшенских храмов аналогичного периода.
Архитектурное решение храма характерно для сельских культовых сооружений конца XIX века в псевдорусском стиле. Первоначальный приход состоял из кряшен, русских, чувашей и мордвы. Богослужения в дореволюционный период совершались на церковнокряшенском языке.