В 1824 году рядом с восточными воротами монастыря была установлена деревянная церковь в честь преподобного Сергия Радонежского. Этот храм был перевезен из села Ям и предназначался для прихожан Махринской слободы. В 1764 году, после передачи монастырских земель государству, жители Махринской слободы и 12 селений, ранее принадлежавших Махрищскому монастырю, образовали самостоятельный приход. Этот приход, находясь во Владимирской губернии, подчинялся епархиальному архиерею, в то время как сам монастырь управлялся Троице-Сергиевой Лаврой. Прихожане и духовенство не имели своего храма, поэтому по распоряжению митрополита Московского Платона богослужения проводились в надвратном монастырском храме с отдельным входом. Храм был холодным, и зимой прихожане предпочитали посещать теплый монастырский храм, что вызывало недоразумения между приходским духовенством и монастырским начальством. После 1824 года из-за ветхости Сергиевская церковь была закрыта, и приход остался без храма. Об этой ситуации узнал епископ Владимирский Парфений. В 1824 году он помог приходу приобрести деревянную церковь в селе Ям у помещика Яковлева. В 1832 году священник Иван Герасимов попросил епископа Парфения освятить новую каменную теплую церковь в честь Сергия Радонежского. В 1851 году прихожане собрали средства для переустройства храма: построили новую трехъярусную колокольню и два придела, в честь святителя Николая и Тихвинской иконы Божией Матери. Одноэтажная каменная церковь имела форму корабля, с приделами в трапезной части и притвором с западной стороны, к которому примыкала колокольня. В 60-70-е годы храм украшался на средства старосты Ильи Васильевича Дворецкого. В храме настелили мраморный пол, позолотили иконостас, стены расписал Ф.Д. Лавровский. С 1877 по 1879 год была построена каменная ограда. При храме работали училище и библиотека. В конце 30-х годов XX века храм закрыли, разобрали алтарь и верхний ярус колокольни. В советское время здесь находились клуб, чайная и библиотека. Этот памятник архитектуры долгое время оставался в запустении из-за отсутствия средств на восстановление. В 2006 году начались реставрационные работы благодаря благотворителям. 6 мая 2006 года состоялась закладка первого камня в основание разрушенной части храма. За три с половиной года храм был восстановлен. Летом 2009 года иконописцы под руководством А.А. Лавданского расписали алтарь. К концу 2009 года реставрация завершилась, и храм был готов к освящению. Почти 70 лет Троицкая обитель была без главного престола, так как храм Пресвятой Троицы был взорван в 1942 году. По благословению Патриарха Кирилла восстановленный храм Сергия был переосвящен во имя Святой Живоначальной Троицы. 15 августа 2010 года Патриарх Кирилл совершил великое освящение храма и возглавил литургию.

3 сентября 2010 года мощи святителя Варлаама были перенесены в храм Пресвятой Троицы. 21 июня 2012 года правый придел храма был освящен в честь Сергия Радонежского. Торжественное освящение и литургию возглавил архиепископ Сергиево-Посадский Феогност.