Первая деревянная церковь на этом месте существовала, по преданию, ещё во времена татаро-монгольского нашествия и была посвящена Николаю Чудотворцу. В память о древнем храме Троицкую церковь Норского посада в обиходе часто называли Никольской. Каменная церковь во имя Живоначальной Троицы была сооружена в 1745 году на средства прихожан и при «ближайшем участии Ивана Афанасьева Асарова», в трапезе храма находились два придела — Владимирской Богоматери и теплый придел Ильи Пророка.
Храм капитально перестраивали в 1840 году, а в 1896 году церковь была значительно увеличена в размерах и полностью стала теплой. Владелец Норской мануфактуры Николай Константинович Прохоров потратил 17 000 руб. на то, чтобы в церкви сделать отопление. После перестройки Ильинский придел получил другое освящение — во имя Ильи Пророка и Николая Чудотворца. Особым почитанием в приходе пользовалась икона Николая Чудотворца. Ранее к Троицкому храму была приписана деревянная церковь во имя Успения Богоматери в сельце Анциферове, устроенная в 1800 году.
К Троицкой церкви относились также часовня при мануфактуре.
По воскресениям и церковным праздникам был далеко слышен колокольный звон Троицкой церкви. Сюда приходили люди с многих близлежащих деревень. В храме служили замечательные священники, одними из которых были Александр Иванович Смирнов — дедушка выдающейся поэтессы Марии Сергеевны Петровых и его старший сын — Дмитрий Александрович. Отец Дмитрий Александрович в 2002 годкн был причислен к лику святых Русской Православной церковью, т.к. во время советской власти и гонений на церковь его 4 раза арестовывали, и умер он в тюрьме в 1940 году.
В 1930-е годы церковь была закрыта. Её помещение стали использовать под производство, как фабрику. Церковь была обезглавлена, фресковая живопись замазана краской, кругом было – запустение, груды мусора и хлама.
В 1995 году Троицкую церковь без глав и крестов с разрушенной колокольней передали в ведение Русской Православной Церкви, уже 28 августа перемещенный к ней священник Михаил Михайлович Перегудов провел первую службу. За прошедшие годы церковь заметно преобразилась: воздвигнуты кресты над новым пятиглавием, восстановлена колокольня. Колокола для храма были отлиты на заводе Николая Шувалова. В 2005-2006 годах проводилась реставрация частично сохранившихся росписей на сводах четверика. Завершились работы по возобновлению Никольского придела в северной части трапезной.
Храму приписана часовня, устроенная в конце XX века на ул. Урицкого.
