Свято-Троицкий храм был построен в 1799 году и изначально был деревянным.

Строительство нового каменного храма было освящено 26 мая 1896 года в день коронования императора Николая II и Великой княгини Александры Федоровны. Это единственный в мире храм-памятник помазания на царство императора Николая II. 

Проект храма сделан  А.И. Мельниковым. Строительство завершено в 1904г.

Этот довольно большой храм - один из немногих на Дону, выполненных в неорусском стиле. Своими мягкими, музыкальными формами он великолепно вписывается в пейзаж села.

Храм - трехпрестольный. Главный престол освящен в честь Живоначальной Троицы, два придела - во имя небесных покровителей императора Николая Александровича и императрицы Александры Феодоровны: южный - во имя Святителя Николая, архиепископа Мир Ликийских, Чудотворца; северный - во имя мученицы царицы Александры. В одном стиле с храмом построена часовня в молитвенное воспоминание императора Александра II и в память освобождения крестьян от крепостной зависимости.

Для Юга России - это редкий храмовый комплекс в сельской местности. Здесь были собственно церковь с часовней, приходская школа, дом священника, гостиница, служебные и хозяйственные постройки.

В подвале церкви раньше начинался подземный ход, выложенный красным кирпичом. Церковный ход является выходом в сеть запутанных подземелий, пронизывающих значительную часть территории нынешнего Мартыновского района. Бывали случаи, когда при подготовке траншеи под фундамент будущего дома люди пробивали в земле дыры, откуда на них веяло черной затхлой пустотой.

По преданию в хоре храма неоднократно пел Федор Шаляпин, любивший храм и столицу сальских степей - Мартыновку-Сальскую, как до революции именовалась нынешняя Большая Мартыновка, где проводилась самая большая на юге России ярмарка.

В 1930 году храм был закрыт и частично разрушен. Были снесены кресты, а в здании храма разместился сначала зерносклад, а потом и мастерские. В это же время был разобран и иконостас. В 50-е годы храм продолжали разрушать: снесли маковки, тракторами тянули 32-х метровую колокольню, в результате чего она полностью рухнула на землю и уже там раскололась. Но северный придел еще был открыт для верующих вплоть до 1962 года. Могилы священников у задней стены церкви полностью разорены в 70-х годах.

В 1992 году храм был передан в ведение Ростовской епархии. Реставрационные работы на храмовом комплексе начались в 1994 году. В настоящее время он почти полностью восстановлен.