Троицкая церковь расположена почти в центре современного города на пересечении улиц Фрунзе и Карла Маркса, до революции именовавшиеся Спасо-Троицкой и Крестецкой, недалеко от правого берега реки Порусьи. Постройка церкви относится к XVII веку, но здесь и ранее стоял одноименный деревянный храм, строительство которого не зафиксировано в письменных источниках. О сооружении каменной церкви Троицы информированные авторы XIX века сообщают следующее, «В 1680 году в царствование Феодора Алексеевича, с благословения преосвященного митрополита Корнилия, на прежнем месте вновь выстроена настоящая церковь во имя Святой Троицы, на иждивение старорусского купца Якова Тверева, а в 1684 году 13 декабря она освящена тем же преосвященным Корнилием».
В 1759 году случился пожар, при котором пострадала Троицкая церковь и сгорел стоявший неподалеку деревянный храм Иоанна Златоуста. В 1836 году сильной бурей сорвало главу с одного из барабанов, деформировало другой барабан, отчего образовались трещины в сводах. Несколько лет храм стоял в таком виде и его состояние ухудшалось. В 1853 году «последовало Высочайшее соизволение на починку оной церкви с соблюдением характера древней ее архитектуры». Работы велись долго, закончены были лишь в 1860 году и сопровождались крупными перестройками. Руководил строительством Константин Андреевич Тон. В дальнейшем кардинальных перестроек не было, и в таком виде церковь существовала до Великой Отечественной войны. Еще в 1932 году храм действовал, затем был закрыт и перешел на баланс горисполкома, видимо, в 1937 году. Колокольня была уничтожена еще до войны. Один из документов 1931 года сообщает, что «колокольня, за невозможностью ее использовать под культурно-общественные нужды, разбирается на строительство».
Разрушения военных и послевоенных лет были значительны. После реставрации в советское время здесь предполагали оборудовать читальный зал и шахматный клуб, но эти планы не были реализованы. В проекте зон охраны памятников истории и культуры Старой Руссы, составленном в 1980-х годах, предлагалось приспособить церковь под выставочный зал или зал органной музыки и пения. В 1996 году храм вернули епархии.
К этому приходу приписаны две часовни, во имя Святителя Николая на вокзале и во имя Архистратига Михаила в центральной районной больнице.
Сейчас в церкви ещё нет как такового иконостаса, есть алтарная преграда с царскими вратами, иконы закреплены непосредственно на стенах, а сами стены и своды вместо росписей покрыты простой побелкой. Но уже сейчас видно, что храм особенный. Например, обращают на себя расположенные по периметру стен, внизу, шестнадцать ниш, арксолиев. Их вскрыли при реставрации 1960-х годов. Сейчас в них вазы с цветами. А ещё в храме великолепная акустика, усиливающая и как бы приумножающая, как говорят прихожане, звук молитв и церковного пения.
