Первая Троицкая церковь в Бугуруслане была возведена в 1898 году, но в 30-х годах XX века её закрыли и затем разрушили. В 1992 году в городе вновь зарегистрировали приход в честь Святой Троицы и построили деревянную церковь, которая сгорела в 2003 году. В том же году на её месте начали строительство каменного храма. 6 ноября 2008 года митрополит Оренбургской и Бузулукской епархии Валентин освятил купола, приобретённые меценатом Юрием Венедиктовичем Пятаевым, жителем Бугуруслана. 19 августа 2010 года, в праздник Преображения Господня, был освящён и сам храм.