Das Dorf Goleniščevo, das seit 1406 bekannt ist, ging in die Geschichte Russlands als Residenz des heiligen Cyprian, Metropolit von Moskau und Kiew, im späten 14. und frühen 15. Jahrhundert ein. Die Kirche wird hier jedoch erstmals 1474 unter dem Namen des heiligen Johannes des Evangelisten erwähnt. Im 17. Jahrhundert wird sie bereits als hölzerner Tempel im Namen der Heiligen Dreifaltigkeit aufgeführt, was zur Umbenennung des Dorfes in Troizkoje-Goleniščevo führte. Bis 1644 wurde eine steinerne Schaftkirche errichtet, zu der später ein Glockenturm, eine Sakristei und Kapellen zu Ehren des Märtyrers Agapitus und des Metropoliten Jonah hinzugefügt wurden. Der Bau wurde unter der Leitung von Larion Uschakow nach einem Entwurf des Architekten Antipa Konstantinow, bekannt durch den Bau des Terempalastes im Kreml, durchgeführt.

Die Kirche in Troizkoje-Goleniščevo wurde in den letzten Jahren des Bauens von Schaftkirchen in Russland errichtet, da Patriarch Nikon 1653 diese architektonische Form verbot. Der nächste vergleichbare Tempel ist die Kirche der Schutzmantel der Gottesmutter in Medwedkowo. Der zentrale achteckige Schaft wird von zwei kleineren Schäften über den Kapellen umgeben; der zentrale Schaft ist glatt, während die Kapellen mit falschen Fenstern verziert sind. Der quadratische Hauptkörper endet mit kieferförmigen Kokoschniks, und von Westen und Süden wird er von einer Galerie umgeben. 1860 wurde der Schaftglockenturm umgebaut und nach Nordwesten versetzt, gleichzeitig wurde die Sakristei erweitert.

Die steinerne Dreifaltigkeitskirche hat zwei schwere Prüfungen überstanden. 1812, während des Vaterländischen Krieges, richteten die französischen Truppen darin einen Stall ein, und anschließend wurde das Gebäude durch ein Feuer beschädigt, das viele Ikonen zerstörte. Die zweite Prüfung begann nach 1939, als die Kirche auf Beschluss der lokalen Behörden geschlossen wurde. Der Ikonostase wurde von Sergej Eisenstein im Film „Iwan der Schreckliche“ verwendet, und sein weiteres Schicksal ist unbekannt. Im Gebäude wurde ein Lager der 3. Kartonfabrik untergebracht, später ging es in die Verwaltung von Gosteleradio der UdSSR über. Der erste Gottesdienst nach langer Pause fand an Weihnachten 1991 statt. Bald wurde das Gebäude der Gemeinde der Gläubigen übergeben und restauriert.