Свято-Троицкий храм города Улан-Удэ строился в 1770 году — деревянный, а в 1798-1809 годах перестроен как каменный. Начал строительство верхнеудинский купец Василий Пахолков, а завершил купец Афанасий Налетов.
Свято-Троицкая церковь была третьим каменным церковным строением в Верхнеудинске после Одигитриевского собора и Спасской церкви. Первоначально она имела два придела. Главный — «холодный», был освящён во имя Святой Троицы в 1816 году, «тёплый», северный придел, освящён в 1818 году в честь святителя Иннокентия, епископа Иркутского. За всю досоветскую историю Свято-Троицкая церковь была приписной к Одигитриевскому собору.
После закрытия в 1929 году Свято-Одигитриевского собора богослужения перенесли в Свято-Троицкую церковь. Тяжёлые испытания выпали на долю священнослужителей в 1930-1931-ых годах. Почти все священники были арестованы по сфальсифицированному обвинению в контрреволюционной деятельности.
Тем не менее, Свято-Троицкий храм продолжал действовать и тогда, когда в 1932 году были закрыты многие православные храмы в городах и селениях Бурят-Монголии. Работал он еще долго, вплоть до 1940 года, поскольку сюда перешли священнослужители и прихожане из других упраздненных церквей города.
После закрытия в 1940 году в церкви находился склад кинопроката. Затем после преобразования кладбища в городской сад к алтарю храма пристроили танцплощадку. В здании церкви планировали создать музей архитектуры Улан-Удэ, но идею не осуществили, и храм стал быстро превращаться в руины. Ситуация не изменилась даже после постановления Совета Министров Бурятской АСССР от 29 сентября 1971 года, согласно которому храм был принят на государственную охрану.
С весны 1988 года члены православно-патриотической общины «Спасение» совместно с Бурятским отделением Всероссийского общества защиты памятников истории и культурв и Научно-производственным центром охраны и использования памятников истории и культуры начали ремонтные и реставрационные работы. Постановлением Совета Министров Бурятской АССР 1988 года и приказом Министерства культуры Бурятии 1991 года храм передан Русской православной церкви. Распоряжением мэра Улан-Удэ В.А. Шаповалова территория городского сада, бывшего кладбища, в 1996 году была передана Свято-Троицкому храму.
