Строительство храма было осуществлено в период с 1735 по 1741 годы на средства местного помещика и казанского вице-губернатора Нефёда Кудрявцева. Инициатива возведения каменного храма была обусловлена потребностью в более вместительном и долговечном здании для проведения богослужений, заменившем ранее существовавшую деревянную церковь. Приход в Ямбухтино был основан ранее, в 1714 году.
Архитектурно храм представляет собой двухэтажное сооружение в форме латинского креста. На втором этаже располагались главный престол, освященный в честь Живоначальной Троицы, и придел во имя преподобного Сергия Радонежского. Первый этаж включал в себя приделы во имя Архистратига Божия Михаила и святого апостола Иоанна Богослова. Пятиярусная колокольня придавала храму величественный облик и служила важным элементом его композиции.
В советский период храм был закрыт, что привело к прекращению богослужений и постепенному запустению здания. В настоящее время храм не действует и находится в заброшенном состоянии. Несмотря на это, он сохраняет статус памятника истории и культуры.
