Село Трубино впервые упоминается в писцовых книгах 1584–1586 годов как часть имения Богдана Бельского Гребнево. К концу XVIII века Трубино стало промышленным селением с развитой шёлкоткацкой отраслью. В середине XIX века деревня Трубино принадлежала коллежскому регистратору Фёдору Фёдоровичу Пантелееву. В деревне было 54 двора и шёлковая фабрика Егора Филипповича Бочарова. В 1849 году на средства Бочарова была построена церковь преподобного Сергия Радонежского, и Трубино получило статус села.
Согласно местному преданию, в 1844 году, во время эпидемии холеры, из Троице-Сергиевой Лавры в Трубино была принесена икона преподобного Сергия Радонежского. После молебна у иконы многие жители исцелились, что побудило местного купца Георгия Филипповича Бочарова в 1848 году начать строительство каменной часовни в честь святого. Часовня была освящена 25 сентября 1852 года.
В 1853 году, по прошению Георгия Бочарова и благословению митрополита Московского и Коломенского Филарета, часовня была преобразована в кладбищенскую церковь, а в 1854 году — в самостоятельную приходскую церковь. В том же году к часовне пристроили каменную трапезную с двумя приделами: южным — во имя святителя Николая Чудотворца и северным — во имя великомученика Георгия Победоносца. Изначально колокольня была деревянной, но в 1859 году её заменили на каменную.
Архитектура храма сочетает элементы позднего классицизма и русского стиля. Основной объём — шестигранный в плане, завершённый ложными закомарами и увенчанный глухой луковичной главой. Трапезная и трёхъярусная колокольня выполнены в формах позднего провинциального классицизма.
После Октябрьской революции 1917 года храм продолжал функционировать. В 1922 году был составлен Акт Соглашения, по которому жители села Трубино и деревни Назимиха приняли церковное здание в бессрочное бесплатное пользование. Однако в 1941 году храм был закрыт, имущество конфисковано, а здание использовалось под склад фуража.
В 1996 году храм был возвращён церковной общине. С 1998 года в нём возобновились богослужения. Была проведена реставрация, и храму возвращён чудотворный образ преподобного Сергия Радонежского.
