En 1824, cerca de la puerta oriental del monasterio, se instaló una iglesia de madera en honor al venerable Sergio de Radonezh. Este templo fue trasladado desde la aldea de Yam y estaba destinado a los feligreses de la aldea de Makhra. En 1764, tras la entrega de las tierras del monasterio al estado, los habitantes de la aldea de Makhra y 12 aldeas que anteriormente pertenecían al monasterio de Makhra formaron una parroquia independiente. Esta parroquia, ubicada en la provincia de Vladimir, estaba subordinada al obispo diocesano, mientras que el monasterio en sí estaba administrado por la Lavra de la Trinidad de Sergio. Los feligreses y el clero no tenían su propia iglesia, por lo que, por orden del metropolitano de Moscú, Platón, los servicios se realizaban en la iglesia del monasterio con entrada separada. La iglesia era fría, y en invierno los feligreses preferían asistir a la cálida iglesia del monasterio, lo que causaba malentendidos entre el clero parroquial y la administración del monasterio. Después de 1824, debido a la ruina, la iglesia de Sergio fue cerrada, y la parroquia quedó sin templo. El obispo de Vladimir, Parfenio, se enteró de esta situación. En 1824, ayudó a la parroquia a adquirir una iglesia de madera en la aldea de Yam del terrateniente Yakovlev. En 1832, el sacerdote Iván Gerasimov pidió al obispo Parfenio que bendijera la nueva iglesia de piedra caliente en honor a Sergio de Radonezh. En 1851, los feligreses recolectaron fondos para la remodelación del templo: construyeron un nuevo campanario de tres niveles y dos capillas, en honor al santo Nicolás y a la icono de la Madre de Dios de Tikhvin. La iglesia de piedra de un piso tenía forma de barco, con capillas en la parte del refectorio y un nártex en el lado occidental, al que se adosaba el campanario. En las décadas de 1960 y 1970, el templo fue embellecido con fondos del anciano Ilya Vasilyevich Dvoretsky. Se instaló un suelo de mármol en el templo, se doró el iconostasio y las paredes fueron pintadas por F.D. Lavrovsky. Desde 1877 hasta 1879 se construyó una cerca de piedra. En el templo funcionaban una escuela y una biblioteca. A finales de la década de 1930, el templo fue cerrado, se desmanteló el altar y el nivel superior del campanario. En la época soviética, aquí se encontraban un club, una cafetería y una biblioteca. Este monumento arquitectónico permaneció en abandono durante mucho tiempo debido a la falta de fondos para su restauración. En 2006, comenzaron los trabajos de restauración gracias a donantes. El 6 de mayo de 2006 se colocó la primera piedra en la base de la parte destruida del templo. En tres años y medio, el templo fue restaurado. En el verano de 2009, los iconógrafos, bajo la dirección de A.A. Lavdansky, pintaron el altar. A finales de 2009, la restauración se completó y el templo estaba listo para la consagración. Casi 70 años, la comunidad de la Trinidad estuvo sin el altar principal, ya que la iglesia de la Santísima Trinidad fue volada en 1942. Con la bendición del Patriarca Cirilo, la restaurada iglesia de Sergio fue reconsagrada en nombre de la Santa Trinidad Vivificante. El 15 de agosto de 2010, el Patriarca Cirilo realizó la gran consagración del templo y presidió la liturgia.

El 3 de septiembre de 2010, las reliquias del santo Varlaam fueron trasladadas a la iglesia de la Santísima Trinidad. El 21 de junio de 2012, la capilla derecha del templo fue consagrada en honor a Sergio de Radonezh. La consagración solemne y la liturgia fueron presididas por el arzobispo de Sergiev Posad, Feognost.