Первая деревянная церковь с престолом в честь Живоначальной Троицы была построена в XVII веке, на правом берегу Вятки. В 1747 году в нем проживало 25 душ монастырских крестьян, владения Спасского Преображенского Цепочкинского монастыря. В 1810 году здесь была дача уржумского купца Терентия Пустовалова, проданная им затем тайному советнику Мобераху.
В 1740 году был выдан указ Казанской духовной консистории на постройку деревянной церкви с приделом в честь Живоначальной Троицы. 24 октября 1744 года был освящен протоиереем Никитой Ивановым главный престол церкви. В 1817 году разрешено в трапезной церкви устроить теплый придел во имя Св. Троицы. Придел был освящен 2 июля 1818 года уржумским благочинным Иаковом Короваевым. В 1810 году о церкви сообщалось, что утварью она скудна, но нужд кроме «заведения большого колокола» не имела.
12 июня 1818 года Владыкой Амвросием была выдана храмозданная грамота на постройку в селе каменного храма, который был выстроен полностью вместе с колокольней к 1828 году. За 1828 год сообщалось, что церковь «за несовершенною внутреннею отстройкою еще не освящена». К 1839 году холодная церковь была оштукатурена внутри, покрыт опокой пол и сверху покрыта жестью; теплая же церковь «по причине скудных доходов» находилась еще в негодном виде. По этой же причине она была скудна утварью во всех вещах. Лишь к 1852 году пол церкви был покрыт цветной кирпичной плиткой, но ее крыша была деревянной.
За 1915 год о церкви сообщалось: «зданием каменная с таковой же колокольнею над папертью, покрыта железом, снаружи отбелена известью, внутри отштукатурена и расписана живописью, пола опочены, обнесена деревянной оградой в каменных столбах. Ограда пришла в ветхость и требует ремонта. Утварью достаточна».
Престолы:
— в холодном храме — во имя Пресвятой Троицы;
— в теплом – во имя Космы и Дамиана и в честь преподобных Зосимы и Савватия, Соловецких чудотворцев. Освящён в 1831 году.
Первые известные священники: о. Павел Исидоров, о. Михаил Иванов, о. Симеон Михайлов, о. Федот Игумнов, выпускник Казанской новокрещенской школы. В начале ХХ века здесь служили такие известные священники, как о. Георгий Сбоев, впоследствии священник Воскресенского собора города Уржума и о. Матфей Сатаев. В советские годы – о. Павел Казанский и о. Митрофан Караваев. С 8 июля 1929 года по 23 марта 1930 года в храме служил протоиерей Василий Овчинников.
18 марта 1922 года в церкви произошло изъятие церковных ценностей. В 1930 году Президиум Нолинского Окрисполкома постановил закрыть церковь в с. Космодемьянском, что было подтверждено на заседании Президиума Уржумского райисполкома от 19 марта 1934 года и послано на утверждение Облисполкома. Не дожидаясь последнего, на том же заседании было поручено «все ценные предметы Козьмодемьянской церкви перевезти на сохранение в другое помещение». После закрытия церкви все ее убранство было разгромлено, спилены кресты, порушен купол. В разные годы в здании размещались сельский совет, клуб, магазин, филиал библиотеки.
