Троицкая церковь Касимова упоминается в писцовых книгах князя Петра Воейкова в 1627 году. Деревянная с приделом во имя Николая Чудотворца, она имела много древних икон. Они были богато украшены, но более ценились чудотворениями. 27 сентября 1751 года было дано разрешение на строительство нового храма вместо обветшавшего с приделами Сериевским и Никольским, а 18 декабря 1752 года известный в городе купец Иван Степанов уже просил об освящении при новопостроенной церкви приделов.
При входе в Троицкий храм на паперти имеется надпись, которая говорит о том, что строительство можно отнести к позднему времени, «1753 году месяца мая в 11 день», а освящение произошло «1763 года мая в 6 день», второй придел Преподобного Сергия того же года в 7 день, а настоящий храм Святыя Троицы в лето 1765–е Сентября в 10 день». И еще надпись гласит о том, что построен этот храм усердием купцов Александра Григорьевича Полежаева и Никиты Семеновича Вереина с прихожанами. Вообще же для города знаменательно, что купцы являлись строителями православных храмов. Прихожане всех сословий не хотели отставать от них и несли свои средства на украшение храмов. В 1772 году была поставлена каменная колокольня, во втором ярусе которой находилась церковь «в честь Божия Матери Одигитрии» Смоленской. Богослужение в ней совершалось только однажды в год 28 июня. Из памятников древности в церкви внимание заслуживало Евангелие 1644 года. Много ценностей из храма было изъято в 1922 году, среди них и это Евангелие. В день Святого Духа к храму совершался крестный ход из собора и обратно. Церковь не раз благоустраивалась и украшалась. Прихожане не жалели на это своих средств. Престолов в церкви было четыре: главный во имя Святой Троицы, в приделе правом во имя святителя Николая Чудотворца, в левом во имя преподобного Сергия Радонежского и в среднем этаже колокольни во имя Смоленской иконы Божией Матери. Церковь была закрыта 29 сентября 1938 года. Известно, что Троицкая церковь в 1954 году была передана в аренду ОРСу Касимовского карьероуправления на основании решения Касимовского горисполкома.
Богослужения в храме совершаются с момента его обновления 15 сентября 2002 года.
Приделы, главный придел во имя Пресвятой Троицы, боковые приделы, восстанавливаются, в честь иконы Божией Матери «Одигитрия-Смоленская», святителя Николая Чудотворца и преподобного Сергия Радонежского.
Святыни, в храме находятся мощи исповедника Сергия Касимовского. День его памяти почитается совершением торжественного богослужения, носящего характер храмового праздника.
