Сельцо Бирево получило наименование по фамилии его владельцев, которыми в 1556 году были Арап, Истома и Замятня Васильевичи Биревы из крещеных татар.

Документ 1624 года сообщает, что рядом с Бирево и деревней Троицкой, лежащей чуть севернее Бирева, стоял деревянный храм Живоначальной Троицы (в полуразрушенном состоянии) на пустоши Лужниково во владении Сергея Мятлева.

К 1716 году относится запись: "В том селе церковь деревянная во имя Покрова Пресвятой Богородицы. При той церкви во дворе поп Семен Иванов". Покровская церковь была построена (или возобновлена) в 1715 или 1716 году.

В 1800 году деревянная церковь сгорела, и к 1804 году на средства семьи Насоновых (по другим источникам - помещика Вимберга) завершено строительство каменной церкви в честь Живоначальной Троицы. В праздник Святой Троицы 1804 года церковь была освящена. Силуэт храма, расположенного на вершине невысокого пологого холма, в стороне от села, на погосте, господствует над окружающей равнинной местностью и виден за несколько километров.

Церковь, построенная в стиле ампир, первоначально имела небольшую трапезную. Отдельно стоящая колокольня была воздвигнута, вероятно, позднее.

Интерьер храма украшал великолепный иконостас с позолотой и настенные росписи.

Ближайшие храмы - Никольский в с. Березино и Свято-Димитриевский в с. Донхово (нынешнее Аксеново) - находились в 5 верстах от Бирево.

В сентябре 1824 года в церкви был устроен придел во имя Покрова Пресвятой Богородицы. Строил его и должен был освящать насельник Николо-Пешношского монастыря иеромонах Максим. Но по причине его болезни придел был освящен 14 октября 1824 года священником Воскресенского собора г. Клина Иоанном Озерецким.

В 1840-х годах между храмом и колокольней была построена новая трапезная.

Во второй половине XIX века церковь была обнесена кирпичной оградой.

В 1910 году была проведена страховая оценка строений, принадлежащих Троицкой церкви. Из этой оценки следует, что в храме было три престола, колокольня имела два яруса, рядом с храмом находились дом священника, кирпичная сторожка, построенная в 1899 году, и кирпичная часовня, построенная одновременно с храмом в 1804 году (длина ее составляла 7 м, ширина - 8 м).

Настоятелем церкви в 1910 году был священник Иоанн Троицкий, псаломщиком - Николай Соколов, старостой - Герасим Наумов.

В церкви с 1921 года псаломщиком, а с 1922 по 1927 год диаконом служил священномученик Сергий Гусев. В 1927 году его перевели в Воскресенскую церковь Николо-Железовского погоста Клинского района (с. Шипулино). В сентябре 1934 года о. Сергий был рукоположен во священника к этому храму, а 8 октября 1937 года арестован и приговорен к расстрелу. Священник Сергий Гусев был расстрелян 31 октября 1937 года и погребен в безвестной общей могиле на полигоне Бутово под Москвой. Причислен к лику святых. Память его - 31 октября по н.ст.

В конце 1920-х годов были разобраны верхние ярусы колокольни и срублен свод ее первого яруса.

Около 1935 года в церкви недолгое время служил преподобномученик Гавриил Гур.

20 июля 1940 года Троицкая церковь с. Бирёво по решению властей была закрыта и передана местной школе. Позднее в здании храма разместилась стеклодувная мастерская.

В 1950-х годах к западному фасаду колокольни был пристроен деревянный сарай, заложены верхние окна храма, а нижние восточные превращены в двери.

В 1997 г. жители села обратились с просьбой открыть Троицкую церковь, от которой к тому времени остались только стены с оконными и дверными проемами и крыша без креста. В Великую Субботу, 25 апреля 1997 г., впервые за многие годы в церкви зазвучали слова молитвы. В том же году в храме возобновились регулярные богослужения, а в местном сельском клубе были открыты православные библиотека и аудиотека.

В 2000 г. началось восстановление храма.