Храм во имя Святой и Живоначальной Троицы в селе Болтино на Клязьме известен с XVI столетия. В это время в Болтино, приселке дворцового села Тайнинского, существовала деревянная церковь, с выделенной церковной пашней и сенокосной землей. Этот деревянный храм неоднократно возобновлялся, вплоть до последней его постройки в 1771 г. Свято-Троицкая церковь была деревянного здания с колокольней, с одним престолом. Она называлась в документах XIX столетия «холодной», т.е. без устройства отопления.

В 1863 г. по просьбе причта и прихожан села Болтино Московского уезда Московская губернская строительная и дорожная комиссия рассматривала проект на постройку каменной трехпрестольной церкви с колокольней. В январе 1864 г. проект утвердили и в летний строительный период того же года вплоть до 1866 г. шло строительство новой Свято-Троицкой церкви с приделами преподобного Кирилла Белозерского и святого Алексия человека Божия. Придел преподобного Кирилла был устроен в память принадлежности приходских селений Кирилло-Белозерскому монастырю сельцо Пирогово стало монастырским владением со второй половины XVI столетия).

Главными благотворителями Свято-Троицкого храма со времени построения каменной церкви стали владельцы фабрики при сельце Пирогово богатые московские иконы, обустраивали церковные причт. Важнейшими церковно-благотворительными делами Чернышевых стало устройство в селе Болтино приходского училища и позже приходской смешанной богадельни.