Торжественное освящение главного престола Троицкой церкви прошло 27 октября 1852 года. Через два года на южной стороне храма был создан придел, и освящён второй престол в честь преподобного Сергия Радонежского Чудотворца. Этот двухпрестольный храм, прочный и вместительный, был построен исключительно на средства прихожан и оснащён необходимой утварью.

В 1893 году в Тюкалинске освятили новый храм в честь Михаила Архангела, который стал приписным к Тюкалинской Троицкой церкви. С начала XX века к нему были приписаны три часовни.

В 1872 году при Троицкой церкви было открыто церковно-приходское попечительство. С 1886 года при храме начала работать церковно-приходская школа, которая позже получила статус городской. Сейчас в её здании находится районная библиотека.

В советское время Свято-Троицкий храм был закрыт. Во второй половине 1930-х годов с него сняли купола, и здание стали использовать для светских нужд. В настоящее время здание храма сохранилось, хотя и в перестроенном виде. Сегодня в нём размещается пожарная часть.