Храм был построен в 1842 году в селе Большие Сестрёнки, также известном как Две Сестренки, которое находилось в Балашовском уезде Саратовской губернии. Это одно из старейших русских поселений на левом берегу Хопра, хотя точная дата его основания неизвестна. По легенде, в начале XVIII века сюда пришли три брата-однодворца, которых прозвали Великанами. На тот момент здесь уже были небольшие хибарки и полуземлянки крестьян, бежавших из Орловской и Курской губерний. Вскоре несколько дворян получили здесь земельные наделы и закрепостили беглецов, а потомки братьев Великановых стали государственными крестьянами. Среди владельцев земель были помещик Вольдер и крупные землевладельцы Воскобойников и Ушаков. В XIX веке от этого большого селения отделились хозяйства, образовавшие деревни Малые Сестрёнки, Лопатино, Немцово и Солонцовка.

Церковь в селе Большие Сестрёнки, ныне Красная Звезда, была каменной, с колокольней, и построена в 1842 году стараниями прихожан. Храм имел два престола: главный, в холодной части, был освящен в честь Живоначальной Троицы, а теплый придел, в честь святого Архистратига Михаила. В штате служителей были священник, диакон и псаломщик, которые жили в церковных домах. В селе действовали церковная и земская школы.

25 августа 1929 года органы ОГПУ арестовали настоятеля храма в селе Красная Звезда, священника Василия Адоевского, за "антисоветскую агитацию". 3 января 1930 года его приговорили к трехлетней ссылке в Северный Край. После его ареста, с февраля 1930 года, храм фактически перестал функционировать. В 1933 году его окончательно закрыли, а здание использовали как ремонтно-тракторную мастерскую Краснозвездинской МТС. В результате эксплуатации в советские годы здание храма сильно пострадало и к концу XX века оказалось полуразрушенным.

Часть здания храма сохранилась. На его фундаменте фермер С. П. Санинский построил новый храм, престол которого освящен в честь святого Архистратига Михаила. При строительстве использовались сохранившиеся фрагменты старого храма.