Село Заворово впервые упоминается в письменных источниках XVI–XVII веков как государев погост с приходским деревянным храмом во имя Живоначальной Троицы.Предположительно, после польско-литовской интервенции начала XVII века деревянная церковь была уничтожена, и в документах упоминается лишь церковная земля сельца Заворово.
В 1699 году по благословению Патриарха Московского и всея Руси Адриана на месте прежней деревянной церкви была возведена каменная церковь Живоначальной Троицы. Строительство осуществил князь Михаил Никитич Львов, дядька (воспитатель) царя Петра I. Князь Львов занимал высокие государственные должности, включая пост судьи Земского приказа, и был близок к царскому двору. Каменный храм был построен на возвышенности на краю села и представлял собой одноглавый бесстолпный четверик, перекрытый сомкнутым сводом, с трапезной и небольшой шатровой колокольней. Здание выполнено из кирпича на белокаменном фундаменте, с оконными проемами, обрамленными наличниками с разорванными фронтонами, характерными для московского барокко.
В 1865 году, при священнике Петре, по благословению митрополита Московского и Коломенского Филарета (Дроздова), к храму были пристроены два теплых придела: южный — во имя Владимирской иконы Божией Матери и северный — во имя Святого Архистратига Михаила. Эти пристройки расширили функциональные возможности храма и позволили проводить богослужения в холодное время года.
В советский период, в 1938 году, Троицкий храм был закрыт, а его последний священник, Иоанн Владимирович Косинский, был арестован и 26 февраля 1938 года расстрелян в селе Бутово Московской области. Впоследствии отец Иоанн был канонизирован как священномученик. После закрытия храма здание использовалось как клуб для показа кинофильмов, что привело к утрате значительной части внутреннего убранства.
В 1980-х годах были проведены реставрационные работы фасадов храма, в ходе которых обновлено металлическое покрытие, установлены новые главы с крестами на основном четверике и колокольне, а также восстановлены утраченные элементы декоративного убранства. В 1991 году здание храма было возвращено Русской Православной Церкви, и в нем возобновились богослужения. Внутреннее убранство церкви постепенно восстанавливалось, включая создание новых икон и иконостаса. В 1999 году состоялось торжественное празднование 300-летия храма.
