Храм был построен в 1908 году на месте Троицкой церкви, возведенной в 1743 году. Собор стал центральным храмом города Обояни, объединив в себе приходы Троицкого и приписного храма Александра Невского. В 1917 году церковь закрыли. Службы возобновились в 1943 году, в то же время подвальные помещения собора использовались как бомбоубежище от налетов немецкой авиации. В 2008 году исполнилось 100 лет со дня освящения храма.
