Строительство каменного храма началось в 1796 году и завершилось в 1801 году, в соответствии с «Планом городу Щигрову», утверждённым Екатериной II в 1785 году. Первоначально храм представлял собой однокупольную церковь, колокола которой были установлены на столбах. Позднее храм был перестроен, предположительно на пожертвования прихожан, и стал пятикупольным, с высокой колокольней. В храме было пять престолов: главный во имя Живоначальной Троицы, в приделах с правой стороны — во имя Пресвятой Богородицы в честь её иконы Неопалимая Купина и Тихвинская, с левой — во имя Святого Митрофана, епископа Воронежского, в верхнем приделе с правой стороны — во имя святителя Николая Чудотворца, с левой — во имя Святого Тихона, епископа Воронежского и Задонского чудотворца. Церкви также принадлежали каменная сторожка и пятнадцать каменных лавок, одна из которых служила для продажи свечей. При храме действовала библиотека церковной литературы.
После Октябрьской революции 1917 года храм был закрыт. В здании храма был размещён зернопродуктовый склад. В 1930 году с храма сняли кресты и колокола, а купола были разрушены. Постановлением Президиума Щигровского горсовета депутатов 13 января 1930 года бывшее здание храма было передано под дом культуры и отдыха. Во время Великой Отечественной войны колокольня была разрушена в результате бомбардировки немецкой авиацией. В период оккупации в здании храма были устроены конюшня и пекарня.
После войны Свято-Троицкий храм был восстановлен. Богослужения возобновились в 1947 году. В 1988 году при храме открылась воскресная школа. В середине 1990-х годов было организовано Свято-Троицкое братство, которое занимается возрождением церковных ремёсел и специализируется на изготовлении предметов церковно-прикладного искусства. В 2007 году были восстановлены купола храма. По состоянию на 2007 год функционируют два придела: Центральный и Никольский.
