Первые упоминание о церкви в Кашинских писцовых книгах за 1628 год: «…за Алексеем Захарьевым сыном Шатиловым старая вотчина село Троецкое на Дубне, а в нем церковь во имя живоначальныя Троицы древяна клецки». Священником в то время был «Костентин Парфеньев» один из предков великого русского ученого Д. И. Менделеева.

В 1715 году был выстроен вновь деревянный храм, который простоял до 1810 года, когда был возведен каменный, сохранившийся в полуразрушенном состоянии до наших дней. На месте престола деревянной церкви поставлен часовенный столб в 1828 году, в начале ХХ века переложен.

Каменный храм построен в 1804-1810 годах с благословения архиепископа Тверского и Кашинского Мефодия и освящен в 1810 году Тверского кафедрального собора иереем Михаилом Петровым во имя Живоначальной Троицы. Теплый придел во имя святителя Николая, расположенный с северной стороны от основного храма, был пристроен в 1829 году с благословения Высокопреосвященного Амвросия, попечением и иждивением помещика соседней деревни Вотря В. Н. Иванова, с помощью церковно-кошельковой суммы. Теплый придел пристроен к холодному храму в ущерб симметрии. При этом заложили, заменив окном, южные двери. В стене с северной стороны вместо дверей и окон проделаны 4 арки, которые в холодное время года закрывались стеклянными дверями. Тогда же заложили и круглые окна второго яруса с северной стороны храма. Придел был освящен 22 октября 1831 году Тверского кафедрального собора иереем Петром Семеновичем. До 1902 года главный храм был холодным, в нём богослужение совершалось только с Пасхи до праздника Казанской иконы Божией Матери (22 октября). В холодное время служба отправлялась в придельной церкви, отоплялась двумя голландскими печами. В 1903 году в храме было устроено калориферное отопление, благодаря которому весь храм стал теплым.

Церковь закрыли в начале 1941 года, и с тех пор она пустует и постепенно разрушается. У здания сильно поврежден декор фасадов, в трапезной части храма обвалились своды. Оштукатуренный деревянный потолок в приделе также отсутствует.

Храм передан церкви. Летом 2015 года начались восстановительные работы.