Храм Святой Живоначальной Троицы в Болхове является памятником истории и архитектуры федерального значения и одним из немногих в Орловской области, сохранивших свой первоначальный архитектурный облик. Церковь расположена рядом со Спасо-Преображенским собором на территории бывшего Кремля и считается одним из старейших и наиболее ярких архитектурных памятников Болхова. Ранее она составляла комплекс с церковью святого Иоанна Богослова, которая существовала до конца XVIII века. После упразднения последней, Иоанно-Богословский придел был перенесен в Троицкую церковь, где уже существовал придел святой великомученицы Параскевы. Нынешняя церковь была построена вместо деревянной в 1701-1708 годах из красного кирпича. Строителями считался купеческий род Бобковых. В «Метрике», составленной священником Иоанном Глебовым в 1881 году, упоминается икона «Страшного суда», написанная в 1708 году стараниями Исидора, Иоанна и Антония Бабковых.

Архитектурное оформление церкви, её силуэт и богатый декор делают храм настоящей жемчужиной русской архитектуры. Декор выполнен из лекального кирпича и белого камня в духе московских посадских храмов XVII века. Снаружи храм украшали изразцы с растительным орнаментом. Колокольня с эклектичным декором была пристроена после того, как старая наклонилась в 1871 году; её строительство началось в 1872 и завершилось в 1878 году. Новая колокольня была построена на некотором расстоянии от трапезной, между ними появился проход с аркой. Храм имел 8 колоколов.

Внутреннее убранство церкви включало настенные росписи, фрагменты которых сохранились в плохом состоянии. Почитаемой святыней храма была икона Казанской Божией Матери. На месте её явления купцом Качановым была построена каменная часовня, которая не сохранилась. С 1883 года при храме действовала церковно-приходская школа.

Осенью 1929 года здание церкви планировалось передать под антирелигиозный музей. В 1930 году храм был закрыт и использовался как склад гудрона. Частичная реставрация в 1955 и 1960-х годах не предотвратила разрушение храма. Колокольня лишилась завершений, а музей так и не был открыт.

В 2001 году была зарегистрирована община храма, и в 2002 году здание было передано ей, после чего возобновились богослужения в северном приделе. Начались работы по восстановлению церкви: цементирование трещин, очистка подклета, восстановление свода. За счет федеральных средств и пожертвований была выполнена проектная документация и проведена планировка территории.

Активная фаза реставрации началась в 2006 году при участии ОАО «Орелстрой» и поддержке Владимира Соболева. 9 июля 2009 года прошел благотворительный марафон по сбору средств на восстановление храма, в котором участвовали более сотни организаций и тысячи жителей области. В этот день на куполе церкви были установлены кресты.

К ноябрю 2013 года восстановление фасада было завершено на 80 процентов, а орловские иконописцы Михаил и Ольга Никитины расписали две трети внутренней поверхности храма. Иконы для внутреннего убранства создаются мастерами из Москвы, Петербурга и Владимира. 1 ноября 2013 года архиепископ Орловский и Ливенский Антоний совершил чин великого освящения храма.