Архитектором этой церкви является Михаил Петрович Коринфский. На колокольне сохранился шпиль, а в интерьере можно увидеть остатки иконостаса, выполненного в классическом стиле, характерном для времени постройки храма.

Сейчас здесь располагается Никольский скит Серафимо-Дивеевского монастыря.

Современные исследователи творчества Михаила Петровича Коринфского полагают, что именно он создал проект храма в Автодееве, будучи известным мастером русской архитектуры.

Строительство Троицкой церкви совпало с периодом, когда селом владели Рахмановы. Известно, что они освободили крестьян в 1861 году. В 1890 году в Автодееве насчитывалось 128 домов, где проживали 343 мужчины и 352 женщины.

Автодеево было известно своими пашнями, сенокосами, лесами и бортничеством. Здесь также находился кирпичный завод. Предполагается, что на месте усадьбы Рахмановых расположена изящная хозяйственная постройка с необычайно прочной кладкой.

Автодеевский храм в честь Живоначальной Троицы с тёплым Никольским приделом был построен из местного кирпича. В начале XX века в приход входили село Автодеево и деревни Теряевка, Клопока и Михайловка.

Церковь была закрыта в 1936 году, и в советское время её здание использовалось как колхозная мельница и зерносклад.

Объект включен в справочник «Памятники истории и культуры Горьковской области», изданный в 1980 году под редакцией профессора В. П. Фадеева. Авторы раздела «Памятники архитектуры» С. Л. Агафонов и Ю. Г. Самойлов описывают Троицкую церковь следующим образом:

«Основное сооружение представляет собой кубический объем с барабаном, круглыми окнами и куполом. Алтарь полукруглый. С запада расположена невысокая трапезная и трёхъярусная колокольня. Шестиколонные портики, приставленные с южной и северной сторон, имеют угловые колонны, придвинутые друг к другу. Четырёхгранная колокольня имеет портики на первом ярусе и вытянутые арочные проёмы в ярусе звона. Подобная структура характерна и для других церквей Ардатовского района, построенных в те же годы.

На колокольне Троицкой церкви в Автодееве сохранился шпиль, а в интерьере, остатки иконостаса классической композиции времени постройки. Архитекторы 1820-х годов, следуя духу классицизма, использовали простейшие геометрические формы и минимум пластических средств. Лишь немногие скромные детали украшали гладкие стены сооружений того времени».

В 1994 году началось восстановление храма, и бывшая приходская церковь вновь открылась, но уже как Свято-Никольский скит Свято-Троицкого Серафимо-Дивеевского монастыря.