Первое упоминание о православном приходе в селе Пичаево относится к 1755 году, когда была построена первая деревянная церковь. С течением времени, в связи с ростом населения и увеличением числа прихожан, возникла необходимость в строительстве нового, более вместительного храма.
В 1889 году на средства прихожан был возведён каменный храм в русско-византийском стиле по типовому проекту архитектора К.А. Тона. Храм был рассчитан на 4000 человек при населении села около 5400 человек. Он имел три престола: главный — во имя Живоначальной Троицы, а также приделы Введения во храм Пресвятой Богородицы и Рождества Иоанна Предтечи. Храм отличался изящной архитектурой, просторным интерьером, вместительным балконом для хора над западным входом, золочёными сенью над плащаницами и искусно написанными иконами. Особо почитаемыми были иконы Иверской Божией Матери и великомученика Пантелеймона. Храм имел четыре колокольни, расположенные в угловых башенках пятиглавия.
В 1937 году храм был закрыт и использовался как склад. В 1945 году он был возвращён верующим, проведён капитальный ремонт и реставрация, благоустроена территория. Храм является единственным в Тамбовской митрополии, в котором сохранился резной деревянный иконостас XIX века, покрытый сусальным золотом.