До 1764 года приход Димитриевского погоста находился в ведении патриарха, а затем перешел в синодальную вотчину. Согласно писцовым книгам монастырских и церковных земель Владимирского уезда за 1637 и 1647 годы, на Высокорецком погосте упоминаются две церкви: в честь великомученика Димитрия Солунского и теплая церковь святой мученицы Параскевы. Помимо патриарших деревень, в Димитриевском приходе были деревни, принадлежавшие Владимирскому Спасскому Золотовратскому монастырю. В 1746 году деревянная церковь святой мученицы Параскевы сгорела, и в 1762 году на ее месте возвели новую деревянную церковь во имя святого Димитрия Солунского. Одновременно с ней на погосте существовала церковь Живоначальной Троицы, но точная дата ее постройки неизвестна. В 1767 году эта церковь сгорела, и к 1772 году была возведена новая деревянная церковь во имя Святой Троицы с приделом святой мученицы Параскевы.

В 1820 году началось строительство каменного храма, завершившееся в 1827 году, когда храм был освящен. В новом храме было три престола: главный, во имя Святой Живоначальной Троицы, а в теплой трапезной, во имя святого Димитрия Солунского и в память Усекновения главы святого Иоанна Предтечи. Среди икон выделялась старинная икона Пресвятой Троицы в серебряной позолоченной ризе. Также хранилось старинное напрестольное Евангелие 1648 года издания.

В советское время священник отец Алексей Сергиевский подвергся репрессиям. Храм на погосте закрыли в 1937 году. Во время Великой Отечественной войны в здании храма размещалась артель по изготовлению сетки-рабицы. После войны там был устроен цех Головинского завода, где лили чугун, и это продолжалось до 1953 года. В последующие годы храм оставался заброшенным.

В ноябре 1999 года храм был передан епархии, и в нем возобновилась приходская жизнь.