Деревянный трехпрестольный храм на кладбище Дединова впервые упоминается в 1647 г. В нескольких метрах от прежней церкви в 1697—1700 гг. иждивением дединовского купца Никиты Федоровича Шустова был возведен каменный храм во имя Святой Троицы с приделом Успения Пресвятой Богородицы. Его строила артель каменщиков, работавшая несколькими годами ранее в Солотчинском монастыре. Маркел Степанов из того же монастыря богато украсил храм белокаменной резьбой. Изображенные на колокольне единорог и лев указывают на то, что Дединово было государевым селом. Храм считается выдающимся сооружением своего времени. В 1808 г. к церкви пристроили южный придел во имя святителя Николая. У его алтаря похоронен иерей Федор Григорьевич Пустынский (1787—1833), чьими трудами и построен придел.

В советское время храм закрыли, а в 1989 г. передали общине верующих в крайне запущенном состоянии. Храм восстанавливается.