Деревня Бирёво известна с XVII века. Согласно данным Яндекс.Карт, по адресу Московская область, городской округ Клин, деревня Бирёво, расположена церковь Троицы Живоначальной. Однако подробная информация о времени основания и первоначальном виде храма отсутствует.
В начале XIX века, с развитием населённого пункта и увеличением числа прихожан, возникла необходимость в строительстве нового, более вместительного храма. По благословению митрополита Платона (Левшина), строительство Троицкого собора началось в 1802 году. Архитектор Осип Иванович Бове спроектировал здание в стиле классицизма. Собор имел пять куполов и размеры 24 сажени в длину и 9 в ширину, а также 81 окно. Одноярусный иконостас был также спроектирован Бове. К собору примыкала трапезная, где были устроены приделы в честь Казанской иконы Божией Матери и святителя Николая Чудотворца. 24 мая 1836 года собор был освящён митрополитом Филаретом.
В советский период храм, как и многие другие, был закрыт. В 1929 году здание было переоборудовано под столовую, колокольня использовалась как водонапорная башня, а церковно-приходская школа — как общежитие ПТУ. Во время Великой Отечественной войны собор пострадал от авиабомб, и до 1955 года находился в заброшенном состоянии. Впоследствии здание было восстановлено, пристроен второй этаж, и в 1956 году открыт Дом культуры.
В 1992 году колокольня была передана Русской Православной Церкви, и в ней была устроена небольшая церковь во имя Святой Троицы. Службы возобновились с праздника Пасхи 1994 года. 28 ноября 2008 года Троицкий собор был передан РПЦ, и 2 декабря того же года состоялась первая после долгого перерыва Божественная литургия.
Архитектурно храм представляет собой пятикупольное здание с трапезной и колокольней, выполненное в стиле классицизма. Внутри сохранились элементы первоначального убранства, включая иконостас и фрески. В настоящее время продолжаются работы по реставрации и восстановлению утраченных деталей интерьера.
