Село Буинка было основано в конце XVII в., и уже в начале XVIII в. здесь находилась деревянная Троицкая церковь. Новая церковь строилась довольно долго. Левый придел Троицкой церкви был освящен во имя Архангела Михаила в 1791 году, главный Троицкий престол и правый Покровский придел - только в 1813 году. Церковь строилась за счет казны и на деньги прихожан. Колокольня (ныне утраченная) была сооружена в 1828 году на казенные средства. В 1847 приходская церковь приобрела статус собора. Троицкий собор представляет собой сравнительно небольшую церковь, с традиционной композицией, включающей элементы стилей барокко и классицизма.

Закрытый после революции храм в 1989 году возвращен православным верующим.