Церковь находится в историческом центре города, на пересечении улиц Подбельского и Музейной, чуть поодаль одной из центральных улиц – Большой Московской. Направление её фасадов не совпадает с нынешними улицами, а ориентировано на значительно более древнюю улицу города (Троицкую), уже исчезнувшую. Нынешний храм стоит на месте древних деревянных. Самое первое упоминание о них относится к описи 1626 года, где они числятся как «храм Троицы живоначальной да храм тёплый преподобного Сергия деревянные клецкие».

В 1719 году городской пожар уничтожит эти храмы, а нынешний из кирпича будет выстроен, оштукатурен, побелен и освящён к 1740 году. Сергиевский придел к храму с колокольней окончен строительством в 1746 году. Впоследствии колокольня будет разобрана и выстроена заново на том же месте в новой, необычной и своеобразной для патриархального Владимира архитектуре. Её маленькие портики и круглые верхние яруса в стиле классицизма соразмерны и не спорят с несколько архаичным восьмериком основного объёма, сохранившим узорчатое убранство фасадов во вкусах 17 века. Завершение колокольни напоминает грибок со шляпкой за счет большого выноса карнизов. С юга к колокольне пристроена сторожка, которая образует юго-западный угол церкви.

В целом храм очень уютен и приятен глазу, плотно вписан в окружающую застройку. Внутреннее убранство церкви 18 века не сохранилось, основной объём перекрыт в уровне восьмерика. Благоустройство включает ограду с сохранившимися кирпичными башенками со стрельчатыми завершениями и коваными участками прясел.

Храм действующий.

Церковь во имя Пресвятой Троицы находится в центре так называемой Троицкой улицы в древнем кремле г. Владимира, в северной его части. Время первоначального основания этой церкви с точностью неизвестно, но она существовала в начале XVII ст. В описной книге Владимирского кремля – города 1625 г. значится: «храм Троицы живоначальной да храм теплый преподобного Сергия, деревянные, а в нем церковное строение, двери царские, и деисусы, и образы, и книги, и свечи, и колокола и всякое стороннее церковное – мирское».

В 1719 г. во время пожара, бывшего 1 октября в г. Владимире, Троицкая церковь вместе с теплою Сергиевскою церковью сгорели. В следующем году теплая церковь была построена вновь; постройка холодной церкви, вероятно, по недостатку средств, отложена была на неопределенное время.

В 1740 г. построена была уже не деревянная, а каменная церковь. Придел теплый при ней построен в 1746 г. Когда построена каменная колокольня - сведений о том нет. Престолов в церкви два: в холодной – во имя Живоначальной Троицы, а в приделе – во имя преп. Сергия. Из св. икон замечательны: Толгская икона Божией Матери, икона преп. Сергия и Алексия, Божия человека, - древнего письма.

Церковные документы хранятся в целости: копии метрических книг с 1817 г., исповедные росписи с 1849 г. Земли и церковных домов для причта нет. Причта по штату положено: священник и псаломщик. Причт получает на свое содержание проценты с капитала 6182 руб., доходы от служб и треб – всего около 1000 руб. в год. В приходе по клировым ведомостям числится 208 душ муж. пола и 300 жен; все православные и живут в городе.

В.Г. Добронравов, В.Д. Березин «Историко-статистическое описание церквей и приходов Владимирской епархии» выпуск 1. Губ. гор. Владимир, Типо-Литография В.А. Паркова, 1893 г.