21 сентября 1797 года архиепископ Тобольский святитель Варлаам Петров дал грамоту красноярскому протоиерею Алексею Алексееву, в которой говорилось, что прихожане Канска обратились к владыке с желанием построить вместо деревянной Спасской церкви каменную с приделом Покрова Пресвятой Богородицы, для создания которой уже заготовили камень и тес. Строительство каменного храма началось 18 мая 1800 года и продолжалось до октября 1804 года – были закончены каменные работы на здании холодной церкви, полностью оборудован и подготовлен к освящению теплый придел. Освящен 22 января 1805 года, здание холодной церкви освятили 5 июня 1814 года.
В 1834-1839 годах были выстроены: с северной стороны теплый придел святителя Николая Мирликийского, освящён 18 января 1839 года и четырехколонный портик у западного входа. Эти пристройки были выполнены в формах классицизма. В 1911-1912 года губернским архитектором В.Соколовским был составлен проект реконструкции, по которому выстроили новый южный придел, полностью повторяющий габариты северного придела, выполнили пристройку к западному фасаду, с переносом входного портика, были подняты своды трапезной и устроены окна второго света. Весь нижний ярус получил классицистические формы и детали.
В 1937-1938 годах собор был закрыт, купола демонтированы, а здание приспособлено под аэроклуб. В 1946 году собор возвращён верующим, но в 1964 году вновь закрыт, занят под театр, а затем краеведческий музей.
К 1961 году разобраны верхние ярусы пятиглавого храма и колокольни, главки приделов и апсид. Утрачены портики на северном и южном фасадах. К восточному фасаду выполнена дисгармоничная пристройка, закрывшая объемы алтарных апсид. Заложена часть проемов, выполнена перепланировка помещений.
В 1987 году в Красноярском ИСИ выполнен дипломный проект графической реконструкции собора. Автор: Е.Слижевская. Руководители: Шумов К.Ю., Гринберг Ю.И., Лавров А.Г. В 1992 году собор был возвращен верующим и частично восстановлен. Восстановлены: колокольня, четверик главного храма с пятиглавием, При восстановлении главный престол был освящен в честь Святой Троицы.
Основной двухсветный объем церкви включает последовательно, с востока на запад: высокую квадратную храмовую часть с полукруглой апсидой, трапезную, и ярусную, квадратную в основании, восьмигранная в верхних ярусах, колокольню – первоначальное ядро постройки, а также поздние: северный и южный боковые приделы и западную пристройку. Главный вход расположен на центральной оси западного фасада здания и оформлен четырехколонным портиком тосканского ордера.
Высокий четверик храма завершен фигурным куполом и увенчан пятиглавием. Колокольня ярусная, восьмигранная в верхних ярусах, завершена фигурным куполом с главой на восьмигранном барабане. Алтарная апсида увенчана главой на восьмигранном барабане. Квадратное в плане помещение главного храма с полукруглым помещением алтарной апсиды сообщается через широкие арочные проемы с обширным, ориентированным в широтном направлении помещением трапезной, и помещениями придельных храмов. В западной части расположено помещение церковного притвора, где расположен вход на лестницу, ведущую на колокольню. В западной пристройке здания находятся три помещения.
На храмовом четверике расположены окна второго света с полуциркульным завершением. В трапезной центральной части храма расположены круглые оконные проемы второго света. Объем четверика завершен полуглавием, врезанным в основание южной грани высокого восьмигранного купола. Под полуглавием, на центральной оси расположено круглое окно. По бокам полуглавия над углами четверика возвышаются двухъярусные восьмигранные барабаны глав. Грани восьмигранного барабана, малого восьмерика, установленного над куполом храмовой части, прорезаны узкими вертикально вытянутыми проемами. Четверик храмовой части южного придела приподнят над уровнем односкатной кровли и завершен фигурным куполом с главой на двухъярусном восьмигранном барабане.
Оконные проемы обведены профилированной тягой и опираются на наружные подоконники. Круглый оконный проем храмового четверика обведен мелкопрофилированной тягой. Мелкопрофилированный венчающий карниз 1-го яруса с плоским широким фризом. Углы колокольни в ярусе подзвона обработаны широкими плоскими пилястрами. Проемы яруса звона декорированы трехступенчатыми архивольтами. Колокольня декорирована мелкопрофилированными междуярусными и венчающим карнизами с метрическим рядом городчатых кронштейнов, раскрепованных по пилястрам в ярусе подзвона. Окна второго света на храмовом четверике обведены профилированной тягой. Круглые оконные проемы второго света в трапезной обведены профилированной тягой. Углы храмового четверика обработаны лопатками с прямоугольными вертикальными филенками. Стены трапезной, храмовых четвериков и апсид увенчаны профилированными карнизами.
Построение интерьера развивается вдоль продольной оси здания, на которую нанизаны: помещение западной пристройки, притвора, трапезной, пространственно объединенной с помещениями боковых придельных храмов, и собственно храма с полукруглой алтарной апсидой. Интерьер главного храма развит в высоту. Активную роль в интерьере этого храма играет сводчатое перекрытие трапезной — коробовый свод с распалубками люкарен, окон второго света. В интерьере храмовой части активную роль играют окна второго света с полуциркульным завершением.
Перекрытия храма — кирпичные крестовые своды в придельных храмах и паперти, коробовые своды с распалубками в трапезных, в апсидах – кирпичные конхи. Сохранились металлические решетки кубоватого рисунка на окнах первого этажа.
Собор — памятник архитектуры XIX века — является старейшим и первым каменным зданием Канска и представляет собой образец енисейской школы позднего сибирского барокко. Основной объем — высокий четверик с полуглавиями, увенчанный пятью главами. С севера и юга к нему примыкают пониженные объемы одноглавых приделов, с запада трапезная и высокая восьмигранная колокольня под куполом.Собор расположен на центральной городской площади старого исторического центра Канска. Обладает ролью важной градостроительной доминанты.
