В слободе Павловка функционировала церковь во имя Святой Живоначальной Троицы, а также богадельня, поддерживаемая местными жителями. Церковь изначально была деревянной, но точная дата её постройки неизвестна.

В 1884 году было возведено новое кирпичное здание, оштукатуренное снаружи. Это был одноэтажный храм с приделами во имя Знамения и преподобного Андрея Критского. Здание имело одну главу, было покрыто железом и украшено прорезным железным крестом. В храме находилось три престола, 24 окна, 6 дверей и закрытая паперть. Здание отапливалось.

Рядом с храмом располагалась двухярусная колокольня с шестью колоколами. При церкви также находилось слободское кладбище. Вместе с храмом в 1884 году был создан иконостас, состоявший из 41 золоченой иконы, а по всему храму размещалось еще 40 икон.

При храме действовала церковно-приходская школа.

3 марта 1910 года церковь в Павловке была закрыта по решению облисполкома и использовалась как склад для зерна.

После декрета СНК РСФСР от 23 января 1918 года Троицкий храм продолжал функционировать в соответствии с уставом и договором с волисполкомом.

Согласно декрету ВЦИК от 23 февраля 1922 года, из храма изъяли 27 предметов богослужебного значения.

В июле 1943 года в Троицком храме возобновились богослужения, а 4 августа 1944 года была зарегистрирована его религиозная община. Священником стал Борис Воинов. Церковь обслуживала жителей Павловки и четырех близлежащих хуторов. Службы проводились не только по воскресеньям и праздникам, но и в будние дни. Особенно много верующих собиралось на пасхальное богослужение, до тысячи человек. Многие обращались в храм для проведения религиозных обрядов, особенно крещений.

В октябре 1961 года службы прекратились из-за ухода священника в другой приход.

26 января 1963 года облисполком принял решение снять с регистрации общество верующих Павловки, поскольку оно прекратило свою деятельность. Обоянскому райисполкому разрешили использовать здание церкви как склад без переоборудования.

В конце 1960-х, 1980-х годов Троицкий храм числился как недействующий.

Службы возобновились в 1999 году.

Ансамбль Троицкой церкви в Павловке, включающий здание храма, церковно-приходскую школу и ограду, внесен в "Список выявленных объектов культурного наследия, представляющих историческую, научную, художественную или иную культурную ценность".