Троицкая церковь расположена на высоком правом берегу реки Городёнки, напротив кремля. В ХVI в. на этом месте существовал Ильинский мужской монастырь, упразднённый в 1674 году. Вскоре на его месте появляется Ильинская женская обитель, просуществовавшая, видимо, до начала XVIII в. В первой половине XVIII в. мещане и купцы города построили на месте монастыря деревянный Троицкий храм с приделом пророка Илии, а в 1764-1767 гг. по благословлению епископа Сильвестра возвели рядом каменную церковь Всех Святых. В конце ХVIII в., по благословлению Митрополита Московского Платона (Левшина) на средства московского купца А. И. Кушашникова началось стоительство нового трёхпрестольного ныне существующего каменного храма. Придельные престолы в трапезной пророка Илии (северный) и Казанской иконы Божией Матери (южный) освятили в 1799 году, а главный Троицкий престол освятили в 1804 году.

В 1892 г. по проекту арх. В. Ф. Жигардловича был надстроен верхний ярус колокольни.

Закрыт храм не позже 1930-х гг. и перестроен промышленное предприятие.

В настоящее время сохранились бесхозные руины первого яруса храма.