Село Пензенка расположено в Заволжье Саратовской области, на территории Сыртовой равнины. Село стоит на левом берегу реки Большой Караман, левого притока Волги. Переселенческое село основано в 1833 году выходцами из Пензенской губернии, главным образом, из хутора Чернышёвка, поэтому в первое время своего существования носило второе название - Чернышёвка.
Первое упоминание о селе относится к 1867 году и до 1917 года оно находилось в составе Калужской волости Новоузенского уезда Самарской губернии. До начала ХХ века Пензенка, не имея своего храма, была деревней в приходе храма Рождества Христова села Калуга (к настоящему времени эта церковь утрачена). Согласно списку населённых мест Самарской губернии 1910 года, село населяли русские православные, бывшие государственные крестьяне, всего 606 мужчин и 585 женщин. В селе имелись церковь, земское училище и школа грамотности. У села стояли 4 ветряные мельницы.
Церковь в деревне была построена в 1904-1906 годах на основе сруба храма Живоначальной Троицы, перевезённого из села Красненькое (ныне — село Краснянка Ершовского района Саратовской области), где к этому времени был выстроен новый каменный храм (к настоящему времени не сохранился).
Храм в Пензенке строился по изменённому проекту, строительный надзор осуществлял Самарский архитектор Зельман Вениаминович Клейнерман. Это небольшой однопрестольный клетский храм, построенный в стиле эклектики, имел двусветный четверик (сохранился в полуразобранном состоянии), завершённый световым барабаном, на котором стояла большая глава, увенчанная крестом. У восточной стены основного объёма находится алтарный трёхстенный прируб. С запада храм завершала трехъярусная шатровая колокольня (сохранился от неё только нижний ярус), соединённая трапезной с основным объемом.
Храм был освящён 9 сентября 1906 года в честь Михаила Архангела благочинным III церковного округа Новоузенского уезда Михаилом Воиновым. Своего причта, судя по документам 1914 года, храм не имел, продолжая находиться в приходе Рождественской церкви села Калуга.
Церковь закрыта осенью 1929 года. Однако сельсовет не предоставил никаких документов для обоснования закрытия, поэтому весной 1930 года храм был возвращён верующим. Протоколом № 27 Президиума ЦИК АССР Немцев Поволжья от 2 июня 1936 года храм был окончательно закрыт. Здание передано под клуб. В настоящее время перестроенное здание церкви заколочено.
