Церковь Троицы Живоначальной была построена вместо двух обветшавших деревянных церквей, Троицкой и Богоявленской, на средства стрелецкого и гайдуцкого полков, которые обороняли Новодвинскую крепость. Изначально эти церкви располагались в Новодвинской крепости на острове Бровенник в устье Северной Двины. В 1716, когда полки были переведены на берег Кузнечихи, деревянные церкви были разобраны и перенесены на новое место.
Заново отстроенный храм имел два этажа: на верхнем находилась Троицкая церковь с приделом Иоанна Предтечи, в нижнем – Богоявленская церковь с приделом Михаила Архангела. В 1761 году к храму была пристроена колокольня.
В 1810 году храм перешел от батальонного управления в епархиальное ведомство. Тем не менее большинство прихожан составляли военные. В храме хранились четыре полковых знамени петровского времени и проводились военные церемонии Архангельского гарнизона.
В советские годы церковь была разграблена, верхняя часть купола и колокольни сбиты, а в здании последовательно располагались школа шоферов, рабочее общежитие, мыловаренный и камнерезный заводы. Последний настоятель храма протоиерей Николай Данилович Родимов был расстрелян в 1938 году, а в 2006-м – канонизирован в чине новомучеников и исповедников Российских.
В 1992 году храм был передан Архангельской епархии, а в 1995 году проведено первое богослужение. При храме активно действует социально-благотворительная служба, продолжается реставрация здания.
