Первое упоминание о деревянном храме на Туговой горе относится к 1628 году. В документах того периода он описывается как приходская церковь во имя Живоначальной Троицы с приделом Великомученицы Параскевы, нарицаемой Пятница. Окрестности храма традиционно служили пристанищем для неимущих, которые кормились "Христовым именем да черною работою". С середины XVIII века при церкви действовала богадельня для лиц различных чинов, включая солдат, их жен и детей.
Каменный храм был возведен в 1692 году на месте прежнего деревянного. Средства на иконостас и утварь предоставил купец Егор Семенов Горошков. В архитектурном отношении сооружение представляет собой характерный пример ярославского провинциального зодчества конца XVII века - бесстолпный одноглавый четверик с трапезной и шатровой колокольней. В трапезной части был устроен теплый придел Благовещения Пресвятой Богородицы.
В XIX веке храм подвергся значительным изменениям. В 1836 году для Благовещенского придела на средства прихожан был изготовлен новый одноярусный иконостас. В 1869 году все здание было переоборудовано в теплый храм. Стены церкви украсили росписи, выполненные ярославскими мастерами. К началу XX века приход насчитывал более тысячи человек, преимущественно рабочих окрестных предприятий.
В 1914 году настоятелем храма был назначен священник Николай Иванович Брянцев. Во время июльского восстания 1918 года он был убит за сопротивление размещению пулемета на колокольне. В 2001 году священник Николай Брянцев был причислен к лику святых как новомученик Российский.
Храм серьезно пострадал в ходе боевых действий 1918 года. В 1931 году приход был ликвидирован, последнее богослужение состоялось 1 июля. В 1937 году холодная церковь и колокольня были разобраны. В сохранившемся здании теплого храма разместился склад.
В 1991 году храм был возвращен Ярославской епархии. Реставрационные работы проводились поэтапно: в 1993 году освящен главный престол, в 1996 году восстановлен Благовещенский придел. Колокольня была воссоздана по старым фотографиям. 12 сентября 2007 года архиепископ Ярославский и Ростовский Кирилл совершил великое освящение обновленного храма.
Престольные праздники храма связаны с памятью великомученицы Параскевы Пятницы (10 ноября по новому стилю) и благоверного князя Александра Невского. Северный придел освящен в честь святой Матроны Московской. Ежегодно 3 июля от храма совершается крестный ход в память о битве на Туговой горе 1257 года.
