Первые упоминания о храме относятся к 1728 году, когда по благословенной грамоте епископа Льва была освящена деревянная церковь во имя святой великомученицы Параскевы, нареченной Пятницей. Впоследствии, в связи с перенесением станицы на новое место, 13 мая 1793 года была заложена каменная церковь во имя Святой Троицы с придельным алтарем в честь святой великомученицы Параскевы. Придельный алтарь был освящен в 1795 году, а главный — в 1798 году. В 1795 году была возведена каменная колокольня.
Архитектурный облик храма представляет собой классический пример православного зодчества конца XVIII века. Здание каменное, с такой же колокольней, покрыто железом, главы и кресты вызолочены, вокруг храма возведена каменная ограда. Внутреннее убранство храма включало богатую утварь, в том числе массивное четырехъярусное паникадило весом 22 пуда, а также древние богослужебные книги XVII–XVIII веков. В память Отечественной войны 1812 года в храме хранился серебряный крест с частицами мощей святого Иоанна Милостивого, принесенный казаками.
Приход храма охватывал станицу Филоновскую и несколько соседних селений. В 1803 году к приходу относились 320 дворов с населением 1 631 мужчина и 1 716 женщин. Штат храма включал нескольких священников, дьяконов, дьячков и пономарей. В 1875 году при храме было основано приходское попечительство, первым председателем которого был избран есаул Алексей Евдокимович Ежов. Попечительство выделяло средства на ремонт церкви, содержание церковно-приходских школ и другие благотворительные цели.
В советский период храм подвергся закрытию. В 1930-х годах здание использовалось под зернохранилище, затем в нем располагался клуб. Великая Отечественная война способствовала росту религиозности населения, и 27 июля 1945 года Троицкая церковь была вновь открыта. Однако в 1961 году храм снова закрыли, но в 1965 году окончательно вернули верующим. С тех пор богослужения в храме не прекращались.
