В 1613–1614 годах деревня «Демидово Купавна тож» была передана во владение князя Дмитрия Михайловича Пожарского за освобождение Москвы от польской интервенции. Первые сведения о храме содержатся в книгах Патриаршего приказа 1642–1647 годов, где говорится, что деревянная церковь Живоначальной Троицы в Купавне была построена сыном князя Дмитрия Пожарского — Иваном Дмитриевичем Пожарским.
В 1745 году купец первой гильдии Данила Яковлевич Земский начал строительство в Купавне шёлковой, полотняной и бумажной фабрик. Одновременно на месте старой деревянной церкви он возвёл каменный двухэтажный храм. С 1747 года службы проводились в верхней церкви Живоначальной Троицы, а с 1751 года, после полного освящения, — и в нижней, во имя иконы Печерской Божьей Матери.
Архитектурно храм представлял собой двухэтажное здание, состоящее из одноглавого четверика с прямоугольной апсидой и колокольней. Построенный из кирпича и оштукатуренный, храм сочетал черты архитектуры середины XVIII века с элементами петровских традиций. В 1838–1839 годах были возведены приделы на пожертвования Ильи Бабкина и Андрея Залогина. В этот же период завершение колокольни приобрело классицистические детали: треугольные фронтоны и вазообразную главку. В начале XX века апсиды приделов получили полуциркульные формы.
В 1937 году храм был закрыт для богослужений. В последующие десятилетия здание использовалось для различных хозяйственных нужд, что привело к утрате многих архитектурных элементов и внутреннего убранства. К 1950-м годам была полностью разобрана кровля, уничтожены все верхи храма, и он потерял признаки культового сооружения.
В 1990 году начался процесс возвращения храма Русской Православной Церкви и его постепенная реставрация. Благодаря усилиям местной общины и поддержки прихожан, храм был восстановлен и вновь открыт для богослужений. В настоящее время Свято-Троицкий храм действует и является духовным центром для жителей Старой Купавны и окрестностей.
