Храм построен в 1558 году по указу Царя Иоанна Васильевича Грозного в честь взятия в ходе Ливонской войны городов Нарвы и Сыренска, последний из которых находится в 9 км от храма, о чем повествует Никоновская летопись.
Церковь Святой Троицы в деревне Доможирка является практически единственным сохранившимся в Псковской области каменным сельским погостским храмом XVI века, сложенным из известнякового плитняка, который возили для строительства на судах по Чудскому озеру более чем за 120 км из под Пскова.
Уникален храм еще и тем, что является практически единственной трехпрестольной церковью, так как обычно в Пскове и псковской земле церкви имели по два придела. В деревне Доможирка центральный придел посвящен Святой Троице, северный придел – святителю Николаю, а южный – мученице Параскеве Пятнице. Церковь неоднократно могла погибнуть и во время шведской интервенции, когда до 1622 года Гдов был занят войсками Якова Понтуссона Делагарди, и до алтарной абсиды в то время ими был разрушен Никольский придел, а в 1900 году, когда случился пожар, уничтоживший все деревянные части храма, крестьяне из опасения, что разрушится купол, разобрали своды центрального придела.
Мог погибнуть храм и в годы Великой Отечественной войны, когда в 1944 году при отходе немецких войск были взорваны все средневековые храмы Гдова и древний храм в Ольгином Кресте на реке Нарове. Но Бог хранил Доможирскую Троицу. В начале века на церковь обратил внимание академик, а впоследствии протоиерей Петр Петрович Покрышкин, который составил реконструкцию храма и Господь открыл ему его первоначальный вид, который он опубликовал в известной статье вестника Императорской археологической комиссии “Храмы причудского побережья XVI века”. Чудом является и то, что советская безбожная власть в 1965 году выделила на реставрацию храма 965 тысяч рублей, сумму по тем временам неслыханную. А известный псковский архитектор-реставратор Михаил Иванович Семенов, восстановивший крепостные стены Псково-Печерского монастыря, воссоздал в камне первоначальный вид храма, который был опубликован П. П. Покрышкиным.
Но к 1999 году, спустя 30 лет после реставрации М. И. Семенова, храм опять находился в аварийном состоянии, так как все это время был бесхозным и стоял, не имея ни окон, ни дверей. Кровли храма к тому времени погибли, и он начал стремительно разрушаться. В таком виде, без штукатурки, без кровли, с разрушающимися от сырости стенами он был передан Псковской епархии. Была образована община и зарегистрирован приход. По благословению архиепископа Псковского и Великолукского Евсевия храм начал восстанавливаться и совсем скоро там была совершена первая Божественная Литургия.
Настоятель храма: иеромонах Иннокентий (Селезнев)