Первая деревянная церковь в Арамильской слободе была построена была еще в конце XVII века. Она просуществовала недолго и была сожжена кочевниками в 1709 г. Через 8 лет была построена новая деревянная церковь в честь Рождества Христова. Однако и она в 1782 г. сгорела, уцелела только колокольня. К ней в 1783 г. прирубили "Храмину" и алтарь. Но и эта церковь оказалась мала, и в 1784 г. был заложен новый деревянный храм в честь Святой Троицы. В 1790 г. строительство было закончено.
Ныне существующий трехпридельный каменный храм был заложен в 1830 г. Через 8 лет был освящен левый придел - в честь Рождества Пресвятой Богородицы. В 1842 г. освятили главный храм, а в 1858 г. - правый Илиинский придел.
В 1937 г. храм был закрыт, разрушена колокольня и церковная ограда. Кладбище на восточной и южной сторонах прихрамовой территории также подверглось поруганию. Каменные надгробия раздроблены в щебень: ими устлана дорога к центру города. В советские годы в здании храма была сначала общеобразовательная школа, потом - торговая контора с магазином. Молитвенное помещение подверглось переделке.
Церковное здание было возвращено общине в 1990 г. С 1991 г. и по сей день в храме ведутся постоянные богослужения, и, одновременно - реставрационно-восстановительные работы. Много сил и труда положил на восстановление храма его покойный настоятель священник Евгений Шевченко. Отреставрирована средняя (зимняя) часть храма, открыт для постоянного богослужения правый малый Илиинский алтарь. Ведутся богослужения и в Рождество-Богородицком приделе. Церковное здание обрело маковку и колокольню. В 2007 г. их увенчали кресты, были отлиты колокола. Из уральского змеевика изготавливаются полы в главном приделе.
Недавно центральное помещение украсилось новым паникадилом. На здание установлен подкупольный барабан. Храм в честь Святой Живоначальной Троицы - старейшее и единственное сохранившееся на Среднем Урале церковное здание с прямоугольным алтарем. В настоящее время из трех его приделов восстановлен пока лишь один, освященный в честь Рождества Пресвятой Богородицы. Освящение Рождество-Богородицкого придела состоялось ровно 170 лет назад, в 1838 г.