Согласно архивным данным, первая церковь в селе Вторусское была построена в начале XIX века. Это было деревянное здание, посвященное Живоначальной Троице. С увеличением числа прихожан и их потребностей было принято решение о возведении нового, более просторного храма.
В 1865 году началось строительство каменного храма на средства прихожан и местных благотворителей. Архитектурный проект предусматривал сочетание традиционных русских церковных форм с элементами классицизма. Здание было выполнено из красного кирпича, с одной главой и колокольней, примыкающей к западной части храма. Внутреннее убранство отличалось богатой росписью и резным иконостасом.
Освящение нового храма состоялось в 1870 году. Главный престол был посвящен Живоначальной Троице, правый придел — святителю Николаю Чудотворцу, левый — Казанской иконе Божией Матери. При храме действовала церковно-приходская школа, способствовавшая просвещению местного населения.
В период антирелигиозной политики советского государства, в 1937 году, храм был закрыт. Здание использовалось для различных хозяйственных нужд, что привело к утрате многих элементов внутреннего убранства и частичному разрушению архитектурных деталей.
В 1990-х годах, с изменением государственной политики в отношении религии, начался процесс возвращения храмов Русской Православной Церкви. В 1995 году здание храма Троицы Живоначальной было передано верующим. Начались восстановительные работы, направленные на возвращение храму его первоначального облика. Были восстановлены купол и колокольня, обновлена внутренняя роспись, воссоздан иконостас.
В 2000 году состоялось повторное освящение храма. С этого времени в нем регулярно проводятся богослужения, возобновлена деятельность воскресной школы для детей и взрослых.
