Каменная Свято-Троицкая церковь в Покровской слободе Саратовской губернии была заложена в 1816 году. Строительство закончилось к началу 1825 года. В мае того же года церковь была освящена по указу Пензенской Духовной консистории архимандритом Саратовского Спасо-Преображенского мужского монастыря Арсением. Церковь была построена тщанием прихожан. Колокольни у церкви первоначально не имелось, престол в ней был один — во имя Живоначальной Троицы. После освящения в церковь был назначен причт в составе двух священников, диакона, трех дьячков и пономаря. Большинство прихожан новопростроенной церкви составляли государственные крестьяне Покровской слободы.
В 1846 году при участии старшего священника храма, Алексия Львовича Любенского, был подготовлен проект реконструкции Троицкой церкви, утвержденный Саратовской строительной комиссией. В это время при храме действовала церковно-приходская школа, в приходе также была земская школа, законоучителем в которых был настоятель храма. В 1850 году церковь была перестроена и стала трехпрестольной. По-видимому, тогда же были возведены каменные колокольня и ограда. Состав причта изменился и включал двух священников, диакона и двух псаломщиков. С 1853 года причт, на который первоначально никаких средств не отпускалось, начал получать жалование от казны. Здание церкви было застраховано санкт-петербургской компанией «Надежда».
В годы Советской власти, в 1921 году в Свято-Троицкой церкви состоялась диаконская, а год спустя — иерейская хиротония святого Иоанна Игошкина, определенного на служение в этот храм. В 1930-е годы храм был закрыт, были снесены колокольня и купола. Оставшаяся часть здания также постепенно разрушалась. Длительное время в здании Троицкой церкви располагались читальный зал и хранилища центральной энгельсской городской библиотеки, в одном из зданий храмового комплекса располагалась станция юных техников.
В наши дни, в 1990 году полуразрушенное здание храма было передано в собственность православной общине, 25 марта 1992 года приходу было передано здание, в котором ныне размещаются крестильня, храмовая библиотека, трапезная и подсобные помещения. Степень износа здания составила 100%, поэтому его, фактически, пришлось полностью перестраивать. Решением Энгельсского городского Совета народных депутатов от 11 июля 1990 года земля общей площадью 3,014 га была передана Троицкой церкви в бессрочное пользование, ныне эта земля находится в собственности прихода.
7 декабря 1997 года, в день памяти святой великомученицы Екатерины, в Екатерининском приделе храма был установлен и освящен новый иконостас. Чин освящения совершил благочинный Центрального округа Саратовской епархии архимандрит Никон Лысенко. Чин малого освящения придела был совершен в Вербное воскресенье, 12 апреля 1998 года. На Страстной седмице 1998 года был установлен и освящен новый иконостас в Казанском приделе храма. В январе 1999 года в центральном приделе был установлен двухъярусный иконостас, созданный бригадой художников-резчиков под руководством Владимира Шихова, который в дальнейшем был наращен до пяти ярусов.
В 2007 году в храме сделана роспись центрального свода, изготовлены поручи на три киота. Закончена строительная часть новой воскресной школы. В 2008 году покрашены купола, благоустроена прихрамовая территория. Ведутся отделочные работы.
