Из патриарших окладных книг известно, что в 1628 году церковь Покрова Пресвятой Богородицы в селе Арбузово в вотчине Рождественского монастыря «платила дань рубль да два алтына с деньгою». При строительстве храма в Арбузове произошло чудесное явление. Предание связывает с выбором места для строительства храма. Жители окрестных деревень вначале под строительство церкви выбрали самое высокое место в округе — холм у деревни Пушнино, с которого открывается красивейший вид. На этом месте установили закладной камень и икону Покрова Пресвятой Богородицы, отслужили молебен. А наутро чудесным образом камень и икона оказались в Арбузово, на берегу речки Ильинки. Их перенесли на место, выбранное под строительство храма, но на следующий день и камень, и икона снова оказались в Арбузово. Когда чудо повторилось дважды, храм Покрова Пресвятой Богородицы заложили там, куда было указано свыше — в селе Арбузово. Так появился деревянный храм на том месте, где сейчас возвышается каменный, во имя Святой Троицы. Прошло время и местные помещики — надворный советник Федор Иванович Алябьев и штабс-капитан Николай Александрович Шипилов, чьи вотчины находились в Арбузово, пришли к мысли не о ремонте ветхой церкви, а о сооружении нового каменного храма во имя Святой Троицы с приделами во имя Покрова Пресвятой Богородицы и великомученика Димитрия Солунского. Как и положено в таких случаях, они обратились с прошением к правящему тогда архирею Ксенофонту, епископу Владимирскому и Суздальскому о постройке каменного храма. Одобрение на строительство было получено 7 сентября 1805 года. В этом же году было начато возведение церкви.
Строительство каменного храма продолжалось 24 года. Из содержания прошения можно сделать вывод, что кирпич для строительства храма обжигался здесь же, в Арбузово. Старожилы рассказывали, что кирпич, производимый в Арбузово, поставлялся даже в Москву. Летний главный храм строился дольше, чем были выстроены сами приделы, в которых через четыре года после выдачи храмозданной грамоты уже совершались богослужения. Возможно, строительство этой части храма ввиду наибольшей сложности затянулось по объективным причинам, а может быть его приостановили во время войны 1812 года, как это было сделано почти во всех храмах, строившихся в тот период. Главный алтарь храма во имя Св. Троицы был освящен архирейским чином в 1829 году.
Церковь и погост обнесены металлической оградой с каменными столбами и воротами. Как и по всей стране, после Октябрьской революции начались гонения и притеснения служителей Троицкого храма. В 1931 году Ивановский облисполком принял решение о запрете колокольного звона. Собинский райисполком немедленно принялся исполнять это решение на вверенной территории. Благодаря священнику отцу Александру Тихонравову и отцу Владимиру Кутузову с прихожанами храма удалось сохранить колокольный звон до 1935 года. Сам храм продолжал оставаться действующим в ближайшей округе. С 1990-х годов в Арбузово находится подворье Владимирского Успенского Княгинина монастыря.
