Село Борисово связано с именем царя Бориса Годунова. В конце XVI века на речке Городёнке (Городне) был устроен каскад прудов. На берегу восточного пруда, сохранившего название «Борисовский» («Цареборисовский»), возникло поселение — хозяйственный приселок дворцового села Коломенского. В составе дворцовых (удельных) земель Борисово находилось до 1917 года.

Как село с церковью Борисово впервые упоминается в 1628 году. Первый деревянный храм освятили в честь святителя Николая. Позже построили новую белокаменную церковь — во имя Святой Живоначальной Троицы. Документ 1710 года уже фиксирует её существование. Это была одноглавая церковь с высокой четырёхскатной кровлей («шатровой») и скупым декором. С 1710 по 1722 год в ней служили священник Никита Афанасьев и его сын дьячок Дмитрий

Сведений за XVIII — начало XIX века не сохранилось. В 1826–1829 гг. из-за ветхости (гнилая крыша, трещины, деревянная колокольня) службу запретили, причту пришлось служить в соседнем селе Беседы. Храм разобрали до основания и выстроили заново. 11 мая 1829 года обновлённая церковь была освящена.

На карте 1838 года: село (около 70 дворов), церковь у самого пруда, кладбище рядом с водой (позже это вызовет проблемы). Две улицы сходились к церковной площади. В 1839 году село горело, церковь пострадала.

В 1859 году назначен новый священник — отец Николай Смирнов. Старая церковь была аварийной (треснувший купол, ветхий иконостас, колокола на деревянных столбах, нет ограды). В 1862 году он убедил прихожан строить новый каменный тёплый храм. Средства собирали пожертвованиями (было около 4000 руб.). Участь древней белокаменной церкви решили — разобрать после постройки новой.

Храм был выстроен и освящён в 1873 году (отделка до 1874 г.). Это трапезная без выраженного алтаря, с колокольней, завершённая пятиглавием. Архитектор неизвестен. Из-за бедности прихода формы были крайне упрощены. В новом храме освятили три престола: Троицкий, Никольский и иконы Богоматери «Утоли моя печали».

Старую белокаменную церковь не сломали сразу. В 1885 году Московское археологическое общество (архитектор А.П. Попов) признало её памятником и запретило разборку. Приход отказался ремонтировать. Только в 1897 году после осмотра епархиальным архитектором разрешение на снос было дано. В 1898 году церковь разобрали, а в 1900 году на месте древнего престола поставили часовню.

В 1891 г. из-за низкой местности надстроили колокольню и пристроили две палатки (ризница, помещение для прихожан). Работы завершили в 1895 г. В 1901 г. установили часовенный столп (причины неизвестны). В 1901–1902 гг. по проекту архитектора П. Благовещенского устроили калориферное отопление, а с востока пристроили небольшой пятигранный алтарь (18 августа 1902 г. освящён епископом Трифоном). Обновление обошлось около 13 000 руб.

В 1894–1895 гг. зафиксированы жалобы: воды Цареборисовского пруда подмывали церковную землю и кладбище, вымывая кости. Плотина принадлежала англичанину Гамсону. Берег пытались укреплять, но безуспешно.

Треть прихода составляли старообрядцы. В 1906 г. в Борисове сформировалась Троицкая старообрядческая община (официально с 1912 г.), в 1915 г. построен молитвенный дом из избы. Для привлечения раскольников назначали миссионера, но успеха не имели.

Священник Николай Смирнов (служил 1859–1898) вёл летопись храма (погибла), открыл школу грамоты (1862), разводил сад, публиковал брошюры. Умер в 1913 г., похоронен под церковью. В селе совершались крестные ходы с чудотворными иконами.

Точное время закрытия храма неизвестно. Фото 1938 г.: глав и кресты ещё есть, колоколов нет, ограда разрушена. После закрытия церковь использовалась как склад зерна борисовского совхоза. В 1960 г. село вошло в состав Москвы. В 1960-е годы церковь поставлена на госохрану (ошибочно названа «церковью Богородицы», охранный № 396). К тому времени храм стоял без крыши и колокольни, окна забиты, в подвале — мусор, могила отца Николая осквернена. В 1978 г. совхоз ликвидирован, склад вывезен. Начался снос села Борисово (к 1980-м гг. исчезло полностью). Кладбище уничтожено. Ограда и часовня снесены, на её месте построен сельский клуб (позже спортзал и контора). Церковное здание в 1980-х занимал гараж мотоклуба. С конца 1980-х не использовалось, ремонт не проводился, кровля отсутствовала, своды аварийные.

В начале 1980-х берег пруда укреплён бетоном. Церковь включена в охранную зону усадьбы Царицыно. В 1991 году храм Троицы в Борисове передан Русской Православной Церкви.