Торжественная церемония закладки храма в Балакове прошла 28 июля 1909 года. Строительство началось в 1910 году и завершилось осенью 1912 года, когда в октябре были подняты 17 колоколов. По данным местных историков, строительством руководил инженер Антонов, работавший под наблюдением архитектора Федора Шехтеля. В течение 1912 и 1913 годов Шехтель занимался наружной отделкой храма.

Архитектор Шехтель выбрал участок для строительства на высоком берегу реки Балаковки, чтобы храм был виден с Волги и замыкал перспективу Амбарной площади. В период разлива к балаковской хлебной пристани, примыкающей к площади, подходили пароходы и грузовые баржи. Храм стал доминантой площади и оставлял у приезжих благоприятные впечатления о Балаково.

После передачи здания церкви государственным властям председатель горсовета А. Карпухин в 1930 году отправил запрос в Ленинград о ценности здания. Из письма директора ЦГРМ И. Грабаря следовало, что здание не является памятником архитектуры и не охраняется государством, но иконная живопись представляет особую ценность как памятник монументального искусства и находится под управлением Главнауки.

В 1930 году, одновременно с разрушением всех церквей города, были уничтожены шатры центрального объема и колокольни Троицкого храма. Разобрали верхнюю звонницу, апсиды и алтарную преграду. Со второго яруса колокольни сбросили знаменитый колокол, который разбился, а его осколки были собраны милицией и вывезены. Сохранился акт осмотра здания Белокриницкой церкви 1930 года, в котором указано, что здание следует приспособить под городской театр. О судьбе ценных древнерусских икон, приобретенных А. Мальцевым, ничего не известно. Театр получил имя Чапаева, а здание было сильно изуродовано, алтарь превратили в сценическую коробку.

В 1989 году здание официально передали Русской Православной Церкви, и началось активное восстановление храма под руководством отца Анатолия Шумова, который посвятил этому делу все свои силы. В восстановлении участвовали многие люди: городская администрация, специалисты и руководители различных организаций и предприятий, архитекторы, строители, художники и прихожане. Процесс восстановления был сложным и связанным с множеством проблем. Каждое помещение, конструкция и материал требовали точных решений.

В 1996 году восстановили шатер с главкой и крестом, а затем звонницу колокольни. Провели инженерное обследование несущих конструкций центрального шатра и выявили разрыв стяжки основания барабана. Вес шатра с внутренним куполом составлял 220 тонн, и дальнейшее восстановление было невозможно без обеспечения необходимой несущей способности конструкций. Проект Д. Голубинова не решал эту проблему, поэтому были привлечены специалисты В. А. Аридов и А.А. Землянский, которые разработали расчеты и чертежи для обеспечения несущей способности опорного кольца барабана. Были учтены и предложения проекта Лилии Веселовой.

До полного завершения остается много работы, включая выполнение иконостаса, росписи храма по эскизам автора и изготовление мебели. Однако уже сейчас можно сказать, что реконструкция приближается к замыслу великого зодчего Шехтеля. Храм, словно феникс, восстает из пепла.