Останкино впервые упоминается в 1558 году — в то время село было известно как сельцо Осташково, принадлежало Василию Яковлевичу Щелкалову. В 1667 году Останкино перешло по наследству князю Михаилу Яковлевичу Черкасскому. При нём в селе появились 55 дворов, а имение стало одним из самых известных и крупных в Подмосковье. 

В 1743 годудочь князя Черкасского вышла замуж за графа Петра Борисовича Шереметева, и Останкино оказалось в роду Шереметевых. Так как Пётр Борисович проводил основное время в Кускове, Останкино для него было лишь хозяйственным имением, где выращивались овощи, фрукты, редкие цветы и деревья.

Усадьбой стало при сыне Петра Борисовича Шереметева  — Николае Петровиче. В 1792 году начались строительные работы, в результате которых имение украсил большой дворец, окружённый парком.

В 1917 году село вошло в состав Москвы, а усадьба была определена под опеку Комиссии по охране искусства и старины. В 1919 году здесь открылся государственный музей, который в 1992 году был переименован в московский музей-усадьбу «Останкино».

Первая деревянная церковь Живоначальной Троицы появилась в Останкине в 1580-х годах и была разрушена в Смутное время. Каменная церковь  возводилась в 1677–1683 годах на средства князя Михаила Черкасского. Шатровое завершение колокольни в 1739 году было разобрано и к 1754 году заменено новым, двухъярусным, в стиле барокко. В 1877—1878 годах по указанию графа А. Д. Шереметева архитекторы Н. В. Серебряков и Н. В. Султанов полностью отреставрировали храм и возвратили колокольне шатровое завершение, более подходящее по стилю к архитектуре храма. Силуэт храма тогда был обогащён и иными прибавлениями в русском стиле: над крытым просто на два ската крыльцом был возведён богатый шатёр.