Первый деревянный храм за рекой Сосной в Ельце был построен казаками в конце 16 века и освящён во имя покровителя воинов святого Димитрия Солунского. В 18 веке древний деревянный Димитриевский храм был заменён каменным. Но началу 19 века церковь уже не соответствовала количеству прихожан, которыми были жители Беломестной и Новой Ямской слобод города Ельца, а также близлежащих деревень. К тому же весной во время половодья вода часто заходила в церковь. Поэтому и было принято решение о строительстве нового приходского каменного храма на более высоком месте.
К строительству новой церкви прихожан и причт храма сподвиг уважаемый в городе подвижник священник отец Иоанн Борисович Жданов, который с крестным ходом, на своих руках принес в Димитриевский храм икону Богоматери «Всех скорбящих радости». После сего о. Иоанн своими руками и без всякого разрешения начал копать рвы для фундамента новой церкви. Полиция потребовала прекращения работ, но после обращения о. Иоанна в Орловскую духовную консисторию в 1817 году было получено разрешение и благословение. Закладка храма и его строительство без проекта, в конце концов, привели к печальному результату. Когда постройка храмовой части была уже завершена, главный купол его внезапно обвалился и повредил стены вплоть до основания. Дело об обрушении церкви рассматривалось в Строительном комитете при Министерстве внутренних дел, одному из членов которого – архитектору Иосифу Ивановичу Шарлеманю было поручено подготовить проект на исправление церкви.
Переработав объем храмовой части в духе высокого классицизма, Шарлемань включает в общую композицию церкви одноэтажную перекрытую единым сводом трапезную с полукруглыми в плане углами и с западной части – трехярусную колокольню с высоким шпилем. Церковь была задумана стоящей на высоком каменном цоколе с лестницами-всходами с запада, севера и юга. Композиционный центр трапезной подчеркнут аттиком, выступающим над рустованным ризалитом с тройным окном посредине. Однако облик окончательно выстроенной церкви значительно отличался от идеи автора. Отклонения от проекта коренным образом изменили пропорциональное соотношение двух основных объемов: храма и колокольни. Это обстоятельство, вероятно, заставило архитектора А. Александрова, ведущего строительство, увеличить вертикаль колокольни, для чего вместо небольшого квадратного основания шпиля он запроектировал дополнительный ярус-восьмерик с круглыми оконцами. Такое решение лишь отчасти уравновесило композицию всей церкви.
Строительство Троицкой церкви велось достаточно долго. Главным попечителем строительства стал священник Димитриевский церкви Константин Попов. Благодаря пожертвованиям и усилиям прихожан в 1840 году строительство нового храма было завершено, а спустя ещё три года была завершена и внутренняя отделка алтаря и приделов. И летом 1843 года храм был освящен во имя Святой Троицы. Храм имел размеры в плане 58 х 26 м. Колокольня в три яруса высотой «.. до верха карниза 16 сажен 2 аршина», была построена позднее и окончательно отделана в 1860 году.
В Троицком храме, кроме главного престола, существует еще четыре придельных: два из них в трапезной – правый во имя Божией Матери "Всех скорбящих Радости" и левый – св. великомученика Димитрия Солунского и два в главной части храма – правый св. Николая и левый – св. мученицы царицы Александры.
В 1864 году храм украшен настенною живописью, в этом же году вокруг храма была построена каменная ограда. Достопримечательностями храма считались: месточтимая чудотворная икона Божией Матери «Всех скорбящих радости», икона «Троеручница», серебропозлащённый потир 1785 года, служебная минея на июнь 1693 года и напрестольное Евангелие 1693 года. Церковь часто посещали орловские пастыри и архипастыри, знаменательное событие случилось в 1902 году, когда литургию в Троицком храме совершил протоирей Иоанн Ильич Сергеев – будущий преподобный Иоанн Кронштадтский.
После революции Троицкий храм продолжал работать до 1938 года. В 1943 году верующие обратились с просьбой об открытии храма, но им было отказано. До 1944 года здание церкви использовалось как военный склад. В документах 1962 года церковь именуется как рынок, а уже в июле 1969 года Троицкий храм был взорван.
Однако история последней церкви в городе Ельце за рекой Сосной не закончилась и в наши дни храм возрождается в виде памятной часовни. За идею строительства часовни Святой Троицы, высказывалась община верующих Вознесенского собора. По проекту елецкого архитектора А.В. Новосельцева в 2004 году, немного южнее алтаря старого храма, была построена Ново-Троицкая часовня. В 2010 году был разработан проект по пристройке к часовне деревянной храмовой части и освящение её как церкви. В этом же году был выстроен фундамент, а летом 2011 года началось возведение стен.
Использован переработанный материал из книги: Клоков А.Ю., Найдёнов А.А., Новосельцев А.В. «Храмы и монастыри Липецкой и Елецкой епархии. Елец». - Липецк, 2006.