В XVII-XVIII вв. в Дмитрове на посаде находилась деревянная церковь в честь Тихвинской иконы Божией Матери. 21 мая 1795 г. на ее месте стараниями Г.И.Ложкина и А.С.Фуфаева была заложена существующая ныне каменная церковь. Образцом для ее строительства послужила Никитская церковь во Владимире, специально обмеренная зодчими в 1794 г. Вновь выстроенный храм был освящен в 1801 г. На первом этаже помещалась теплая Никольская церковь, на втором — холодная Троицкая, на третьем — в честь Тихвинской иконы Божией Матери.
Храм имеет характерные черты барокко эпохи Растрелли в сочетании с архаичным классицизмом. В советское время храм был закрыт. Часть церковного имущества перевезли в Дмитровский музей, остальное разграбили. В 1996 г. храм возвращен Православной Церкви. Ведутся восстановительные работы. Регулярно совершаются богослужения.