Церковь начали возводить на деньги купца-старообрядца Якима Рязанова, поэтому местные жители привыкли называть ее Рязановской. Строительство заняло несколько десятилетий — с 1814 по 1839 год. Здание выполнено в стиле русского классицизма. В 1854 году была пристроена каменная колокольня. В 1930 году Троицкую церковь закрыли, звонницу разрушили, внутри сделали перепланировку. В разные годы здесь находились кинотеатр, ткацкая фабрика и Дом культуры «Автодор». С 1981 года здесь проходил Всероссийский фестиваль фантастики «Аэлита». В конце 1980-х на сцене выступали участники Свердловского рок-клуба. С 1996 по 2000 год храм восстанавливали. С 2001 года он является главным собором города и Екатеринбургской епархии. В приходе открыты детская и взрослая воскресные школы, работает хосписная служба.
