Идея строительства храма возникла в 1911 году, когда число дачников в посёлке Наташино достигло трёх тысяч человек. Существующие храмы в Косино и Люберцах не могли вместить всех желающих, что подчёркивалась в обращении местных жителей к Московской духовной консистории: «В прошедшее Рождество Христово большинство наших жителей совсем не были в церкви, а те, которые, имея своих лошадей, поехали в Люберцы, возвратились обмороженными, так как из-за тесноты не смогли пробраться в церковь...»
В 1912 году, благодаря пожертвованиям жителей и поддержке купца Е.А. Скальского, было получено разрешение на строительство храма. Проект деревянной церкви был разработан архитектором Михаилом Бугровским. Строительство было завершено в 1913 году, и храм был освящён митрополитом Владимиром (Богоявленским) во имя Живоначальной Троицы.
Архитектура храма является оригинальным примером стиля модерн в деревянном исполнении. Здание представляет собой квадратный в плане двухсветный четверик, увенчанный шатром на низком световом восьмерике. К шатру примыкают высокие кровли щипцов, формируя пятиглавие. С востока расположен гранёный алтарный прируб, с запада — трапезная, двухъярусная шатровая колокольня и притвор. Декоративные элементы, такие как резные «кубышки» и наличники окон, сосредоточены в верхней части храма.
В советские годы храм оставался единственным действующим в округе. В 1930-е годы здесь нес послушание алтарника архимандрит Иоанн (Крестьянкин). В 1977 году из-за удара молнии произошёл пожар, уничтоживший центральную главу. Восстановление было оперативно проведено, и купол украсили золотыми звёздами на синем фоне.
В 1997–1998 годах был построен новый двухэтажный церковный дом, включающий просфорню, трапезную, кухню, котельную, ризницу, пошивочную мастерскую и комнаты для священнослужителей. Также была возведена здание крестильни с баптистерием для полного погружения при крещении взрослых.
