По преданию, на месте остановки русского войска на Белых Песках благоверный князь Дмитрий Донской поставил обетный храм в честь победы на Куликовом поле. Народная молва из поколения в поколение связывает это событие с благословением преподобного Сергия Радонежского, который, как считается, и сам не раз проходил по этой земле. Данные предания, являющиеся очень поздними — зафиксированы они в XIX веке, — крайне сомнительны. Не находят они подтверждения и в материалах археологии. Представления о том, что существование храма на месте будущего монастыря доказывается наличием древнего фундамента, обнаруженного там, где сейчас стоит монастырский храм преподобного Сергия Радонежского, на самом деле ошибочны. Фундаменты под церковью во имя святого Сергия относятся к рубежу XVI—XVII веков.
Но обо всем по порядку.
Согласно писцовым книгам, к XVII веку в Белопесоцком монастыре существовала теплая каменная Сергиевская церковь с трапезной. Историки предполагают, что она могла являться одним из древнейших храмов Руси освященных во имя преподобного Сергия. Когда и кем именно она была возведена, неизвестно. Однако, учитывая особенное благоволение Ивана Грозного к Белопесоцкой обители, заметно укрепившей свое материальное положение именно в эпоху его правления, и принимая во внимание строительство первого каменного (неотапливаемого) монастырского храма в 1569 году, можно предположить, что строительство теплого трапезного храма состоялось тогда же и соответствовало единой архитектурной программе. В описи 1753 года каменная Сергиевская церковь упоминается как крытая тесом. К началу XIX века этот храм совершенно обветшал. В 1802 году, по благословению митрополита Московского Платона (Левшина), старая церковь была разобрана, а на ее месте, с сохранением древних белокаменных подвалов, в 1804 году построена новая, о чем свидетельствует дошедший до наших дней мемориальным знак — каменная доска с выбитым памятным текстом. Новый храм, спроектированный стиле классицизма, с купольной ротондой, как и старый, являлся теплым. В 1833 году к нему добавили два новых придела: в честь Казанской иконы Божией Матери и во имя святителя Николая Чудотворца. При строителе иеромонахе Гедеоне (впоследствии ставшем архимандритом Иосифо-Волоколамской обители) по благословению митрополита Московского Филарета (Дроздова) церковь преподобного Сергия Радонежского отреставрировали и заново освятили (в 1852 году). В пору освящения храма строителем монастыря уже являлся иеромонах Максим.
Сергиевский храм, как и Троицкий собор, сильно пострадал во время наводнения 1908 года. Вода залила его, поднявшись выше престола на 70 сантиметров! Но наводнение — явление чрезвычайное, в повседневной монастырской жизни радостные события, связанные с церковью во имя преподобного Сергия, случались куда как чаще. Например, день преставления преподобного Сергия Радонежского был для Белопесоцкого монастыря престольным и отмечался с особой торжественностью. Тогда Сергиевская церковь преображалась. Вспоминает очевидец: «В слободе 8 октября отмечается престольный праздник Сергиев день. После богослужения в монастыре священник со служителями храма и иконой Божией Матери обходили каждый дом слободы с молебном и водосвятием, а дети в это время с радостью сообщали о торжественной встрече этого шествия».
В годы советской власти Сергиевский храм использовался для разных нужд, не связанных с богослужебной практикой. Апофеозом его хозяйственного применения должно было стать воплощение в жизнь решения 1989 года о создании на базе Белопесоцкого монастыря историко-культурного центра с гостиничным комплексом. В церкви преподобного Сергия Радонежского задумывалась гостиная с экспресс-баром (буфет-бар, телевизор, настольные игры, газеты и журналы). Но выполнить это постановление не успели. По благословению митрополита Крутицкого и Коломенского Ювеналия и благодаря многим трудам благочинного храмов Ступинского района протоиерея Михаила Редькина 18 июля 1992 года, в престольный праздник — день обретения святых мощей преподобного
Сергия Радонежского, — в Сергиевском храме Свято-Троицкого Белопесоцкого монастыря состоялось первое богослужение. Тогда же была пожертвована первая икона — большой образ преподобного Сергия. С этого времени храм начал действовать как приходской. По воскресным и праздничным дням в нем служил иерей Рафаил Яганов. Богослужения проходили там и зимой, но церковь не отапливалась. С помощью ревностных прихожан храм содержится в чистоте и порядке. В настоящее время церковь восстановлена.