Храм был возведен в 1792 году на средства прихожан. В 1862 году трапезная была перестроена благодаря пожертвованию крестьянина Бухарина.

В храме три престола: в честь преподобного Сергия, игумена Радонежского; Святой Живоначальной Троицы; и Пророка Илии.

Согласно преданию, пустынь была основана преподобным Сергием Радонежским. Первоначально здесь находился деревянный храм, посвященный Параскеве Пятнице.

В советский период храм не закрывался.

По словам прихожан, после революции власти разрешили оставить в селе Сергиевское только одну церковь. В Сергиевском было две церкви: Сергиевская и Никольская. Прихожане выбрали сохранить Сергиевскую, так как у нее была колокольня. Они еще не знали, что вскоре колокольный звон будет запрещен.