Направление её фасадов не совпадает с нынешними улицами, а ориентировано на значительно более древнюю улицу города (Троицкую), уже исчезнувшую.
Нынешний храм стоит на месте древних деревянных. Самое первое упоминание о них относится к описи 1626 года, где они числятся как «храм Троицы живоначальной да храм тёплый преподобного Сергия деревянные клецкие».
В 1719 году городской пожар уничтожит эти храмы, а нынешний из кирпича будет выстроен, оштукатурен, побелен и освящён к 1740 году. Сергиевский придел к храму с колокольней окончен строительством в 1746 году.
Впоследствии колокольня будет разобрана и выстроена заново на том же месте в новой, необычной и своеобразной для патриархального Владимира архитектуре.
Её маленькие портики и круглые верхние яруса в стиле классицизма соразмерны и не спорят с несколько архаичным восьмериком основного объёма, сохранившим узорчатое убранство фасадов во вкусах XVII века.
Завершение колокольни напоминает грибок со шляпкой за счет большого выноса карнизов. С юга к колокольне пристроена сторожка, которая образует юго-западный угол церкви.
В целом храм очень уютен и приятен глазу, плотно вписан в окружающую застройку. Внутреннее убранство церкви XVIII века не сохранилось, основной объём перекрыт в уровне восьмерика. Благоустройство включает ограду с сохранившимися кирпичными башенками со стрельчатыми завершениями и коваными участками прясел.