Каменный храм во имя Святой Живоначальной Троицы в селе Захарьино был возведен в 1699 году тщанием князей Путятиных. Первое упоминание о селе встречается в писцовой книге Шелонской пятины 1575 года, однако сведений о существовании на этом месте более раннего храма не сохранилось. Архитектурный облик церкви характерен для русского зодчества конца XVII века: четверик основного объема, полукруглый алтарь и трапезная часть.
В 1849 году на средства помещицы Евдокии Обольяниновой храм подвергся значительной перестройке. С северной стороны был пристроен придел в честь иконы Божией Матери «Знамение», с западной — сооружена трехъярусная колокольня. В этот же период были полностью заменены иконостасы, ликвидирована прежняя трапезная, а в подклете устроена фамильная усыпальница рода Обольяниновых.
В 1919 году была зарегистрирована Захарьинская группа верующих, а в 1928 году храм передали коллективу верующих. В 1930 году церковь закрыли постановлением Пленума Любецкого сельсовета, но в декабре того же года вернули религиозному обществу. Окончательное закрытие произошло в 1933 году постановлением Новгородского РИКа, здание передано совхозу «Ударник» под клуб. Кладбище при храме закрыли в 1934 году.
В период Великой Отечественной войны здание значительно пострадало: были утрачены колокольня, крыльцо и часть стен. В послевоенные годы в помещении храма располагались склад, сельский клуб и библиотека. В 1992 году зарегистрирован Троицкий приход, а в 2006-2012 годах проведены восстановительные работы. Первая Божественная литургия после восстановления совершена 24 ноября 2012 года.
Архитектурные особенности храма включают: основной объем в форме четверика, полукруглый алтарь, Знаменский придел с северной стороны и остатки галереи. Исторические описи 1919 и 1928 годов отмечают наличие пяти колоколов, главного и придельного престолов, трех печей. Церковь и прилегающее кладбище были обнесены оградой, сочетавшей каменные и деревянные элементы.