Согласно описи 1626 года, на этом месте находилась деревянная церковь, известная как «Церковь Василия Великого в остроге ж на посаде». К 1685 году она упоминается с четырьмя колоколами. В 1742 году, после пожара, приходскими усилиями была возведена каменная церковь, расположенная на площади около Никитской церкви с северной её стороны, на территории, известной как Никитское кладбище.
В 1801 году, в связи с обветшанием здания и в соответствии с новым планом застройки города, церковь была разобрана и перенесена на новое место в Солдатскую слободу, где ранее находилось кладбище и каменная часовня во имя Казанской иконы Божией Матери, принадлежащая Мироносицкой церкви.
Архитектурный облик храма сформировался в стиле русского классицизма. В 1830 году, при губернском архитекторе Н. Ф. Соколове, была построена колокольня и расширена трапезная часть храма. В 1855 году был добавлен второй придел. Главный престол церкви посвящён Живоначальной Троице, правый придел — святому Василию Блаженному, левый — святому мученику Власию.
В 1938 году храм был закрыт, и в его здании размещался склад АО «Медтехника». Калужской епархии храм был передан 25 февраля 2000 года в аварийном состоянии: на протяжении многих лет отсутствовала кровля на центральном куполе. Летом того же года, в ходе реставрационных работ, купол обрушился. Первое богослужение в восстановленном храме состоялось 16 апреля 2005 года, после чего богослужения стали проводиться регулярно.
