Весной 1767 года под руководством настоятеля Свято-Духова монастыря Ювеналия (Войкова) началось строительство кирпичного храма Святой Живоначальной Троицы, который заменил прежний деревянный. На окраине села Духово местные мастера соорудили печь для обжига кирпича, используя глину, добытую на месте. В сезон работ более ста человек занимались изготовлением кирпича, кладкой, заготовкой леса и других материалов. Строительство шло успешно, и спустя три года главный соборный храм Святой Живоначальной Троицы возвышался среди зелени монастыря.

К осени 1770 года завершились внутренняя отделка и роспись храма. Монастырские записи того времени сообщают: «Высота храма от земли до креста составляет 17 сажен, ширина, 5 сажен, длина, 39 аршин. Осмерик увенчан позолоченным резным крестом. Внутри находится пятиярусный иконостас с местными святыми иконами в посребрённых ризах. Высота иконостаса, 18 с половиной аршин, ширина, 10 с половиной аршин. Перед древними иконами горят лампады и стоят изящные посребрённые подсвечники. Живопись на стенах, орнаменты и обилие света придают храму изящный вид и способствуют молитвенному настроению».

Свято-Духов монастырь был закрыт в 1918 году, а в 1934 году коммунисты разрушили два храма: Свято-Никольский с Крестовоздвиженским приделом и храм во имя Нерукотворенного Образа Христа Спасителя. Храм Святой Живоначальной Троицы чудом уцелел, так как его использовали как склад для зерна и запчастей к сельхозтехнике.

Во время Великой Отечественной войны храм Святой Живоначальной Троицы сильно пострадал, сохранились лишь центральная часть с полуразрушенным куполом, алтарь и некоторые несущие конструкции трапезной. После войны его также использовали как склад. На территории монастыря местный колхоз организовал машинный двор и разместил ёмкости с горюче-смазочными материалами. В настоящее время восстановлены притвор и трапезная часть храма, продолжаются работы по реставрации центральной части и алтаря.