В конце XVII века старообрядцы появились в местах по речкам Висим, Шайтанка, Сулатка, Утка и в других труднодоступных уголках будущего Нижнетагильского горного округа. Сюда приносили свой уклад жизни, особую строгую мораль, не допускавшую лености, пьянства и праздных развлечений, способствующую активной торгово-предпринимательской деятельности. В те гонительные времена староверы не были забитыми, невежественными и консервативными людьми. В невероятно трудных условиях выживания они сумели сохранить многие памятники русской культуры в виде старопечатных книг, икон, церковной утвари. И в этом их большая заслуга. Только вот в главном они проиграли – не сохранили между собою единства, не смогли создать своей единой церкви.
У тагильских старообрядцев, как и у старообрядцев других районов Урала, было страстное желание иметь собственного епископа. На первых порах с отправлением духовных треб у них проблем не было, обходились при помощи беглопришедшего в Нижний Тагил попа Иоанна, в монашестве отца Иова. А когда он умер, то место его предложили всеми уважаемому Андрею Ивановичу Рябинину. В церковной литературе о нем сказано, что происходил он из знатного рода московских князей Хованских. Возможно, страх за опальное прошлое близких родственников, обвиненных в государевой измене и сговоре с бунтовавшими стрельцами, подтолкнул семью Андрея Ивановича уйти из Москвы в леса Висимской слободы на Урале. Прожив некоторое время в скитах, Андрей Иванович под фамилией Рябинина появился в Нижнем Тагиле, стал заниматься торговлей красным товаром.
Как ревностный поборник старины, Рябинин в 1745 году близ келий Иова построил деревянную часовню, которая спустя четыре года сгорела. Взамен он строит в 1781 году каменную, с келиями для женщин-послушниц. Из многих святынь он особенно чтил Успенский собор в Москве и в своей часовне повесил икону Успения Божией Матери, украшенную цветными каменьями. По смерти своей Рябинин завещает часовню передать раскольникам, они считали большой честью стать в числе ее прихожан. Часовня впоследствии становится оплотом Нижнетагильского Свято-Троицкого общества.
Здесь необходимо отметить один факт. Тагильский краевед А.Ф. Кожевников в своих записках утверждает, что Свято-Троицкая часовня построена в 1781 году старообрядцем Рябовым. Краевед повторяет ошибку И.Я. Кривощекова, сделанную им в 1910 году в «Словаре Верхотурского уезда». Называя Рябова строителем часовни, Кривощеков ссылается на «Православный собеседник», выпускавшийся Казанской духовной академией. Но издание это строителем тагильской часовни называет не Рябова, а Рябинина.
В первой половине XIX века часовня приобретала все большее влияние на тагильских старообрядцев, на решение не только духовных, но мирских дел. Но это было временное благополучие.
Начало XIX века ознаменовалось в русской православной церкви введением единоверия на правилах, установленных осенью 1800 года московским митрополитом Платоном. В этих правилах делается ссылка на государя императора, позволившего старообрядцам принимать единоверческую церковь, где они могли бы отправлять все религиозные обряды не тайно, а «как христианам подобает». В пояснении сказано, что староверы должны таковую царскую милость принимать с благоговением, так как единоверческая церковь не нарушает их старой веры, а укрепляет: священников они получат по их желанию, служить те будут по старым обрядам, перстоложение при молитвах разрешалось двумя пальцами, как вводилось ранее.
Несмотря на внешние заманчивые посулы, подавляющее большинство старообрядцев оставалось на прежних своих позициях. Дело в том, что единоверческая церковь подчинялась Святейшему Синоду, который занимался борьбой с еретиками и раскольниками, а значит, был в руках «антихриста и сатаны».
С введением единоверия в Пермской губернии появились его пропагандисты – православнее миссионеры. В мае 1829 года в Перми была учреждена противораскольническая миссия. По мере расширения Нижнетагильского горнозаводского поселка усилилась борьба администрации и духовенства с раскольниками. Официальное духовенство стремилось силой обратить старообрядческие часовни и молитвенные дома в единоверческие, но встретило сильное организованное сопротивление раскольников.
В мае 1837 года Урал посетил наследник царского престола Александр Николаевич.
Высокому гостю, несмотря на строжайшие запреты «ничего не просить у наследника», смогли передать «Записку о стесненном положении старообрядческого общества и принадлежащих к оному гг.Демидовых заводов». В ней раскольники просили не опечатывать часовни, не обращать Свято-Троицкую часовню в единоверческую церковь, дозволить иметь самоприходящих попов и ослабить действие мисси на раскол. «Записку» рассматривал камергер В.В.Скрипицын, по делам раскольников специально посланный на Урал с царевичем. В сентябре 1837 года он вновь приехал в Нижний Тагил и старшинам Свято-Троицкой часовни объявил: «Сообщаю вам волю Его Величества: удобнее престать солнцу от течения своего и земле дрогнуть, нежели измениться слову царскому». И пояснил, что слово царское заключалось в отказе их просьб как незаконных. Старшины могут просить у епархиального начальства отправления духовных треб по старопечатным книгам и древним обычаям, опять же в рамках единоверия.
Деятельность православных миссионеров усилилась, многие старообрядцы приняли решение принять единоверие. Особенную активность проявил тагильский крестьянин Федор Агафонович Уткин, который сплотил вокруг себя более 50 семейств тагильских старообрядцев. 4 апреля 1837 года они вынесли приговор на принятие единоверческого священства и просили подыскать им достойного кандидата в священники и помочь им в овладении Свято-Троицкой часовни.
Священника подыскали, им стал дьякон Градо-Шадринской Николаевской церкви Иоанн Стефанович Пырьев. 25 мая 1837 года сторонники Уткина подают прошение в Нижнетагильское заводоуправление о том, что хотят занять часовню с учетом предписания главного начальника Уральских гонных заводов, от 20 февраля 1835 года, позволявшего строить церкви и обращать в таковые часовни.
20 февраля 1840 года Николай I разрешает Свято-Троицкую часовню передать единоверцам, а 30 марта началась сама передача ее комиссией в составе управляющих заводов Д.В.Белова, П.Д.Данилова, Ф.И.Швецова, жандармского подполковника Жадовского, судьи Соболева, начальника полицейского отделения Нижнего Тагила П.Ф.Львова и священника И.С. Пырьева с понятыми.Полицейские оцепили ограду часовни.
Узнав о передаче часовни единоверцам, раскольники разогнали стражу и стали стеречь свою святыню. Начались смута и беспорядок. Ф.И.Швецов – авторитетнейший из людей Нижнего Тагила, пытался убедить раскольников в правомерности принятого решения. Однако староверы не унимались и твердили, что не желают повиноваться и ни за что попа в часовню не пустят. Тогда губернатор Огарев срочно посылает с нарочным министру внутренних дел сообщение о том, что творится в Тагиле, и просит санкционировать радикальные меры по пресечению неповиновения раскольников. Докладывают императору, а тот краток и категоричен: «Очистить часовню от мятежников, оставя ее в распоряжении священника».
12 мая губернатор сам приезжает в Тагил и приступает к повторной передаче часовни. Раскольникам объявлена монаршья воля, но все напрасно, бунтари отказались выходить наружу. Тогда 15 мая начался штурм часовни с применением физической силы. Подогнали пожарные машины и на неповинующихся стали лить воду. Большую часть людей удалось вытеснить из часовни. Поскольку за процессом следил сам император, усмирение старообрядцев не могло быть растянуто во времени. В тот же день штурм был завершен взятием часовни, а 18 мая на ней установили православный крест.
По указу Святейшего Синода Свято-Троицкая часовня 27 декабря 1841 года обращена в церковь в «древнем стиле», как и просили единоверцы, а 4 июня 1842 года она была освящена в единоверческую церковь. В том же году Пырьев получил грамоту на освящение места под алтарь. На месте часовни начинается строительство каменной церкви. Главный Троицкий престол освящен о.Нафанаилом в 1885 ода. Позднее освящены и приделы: южный – Святого Николая Угодника в 1886 году, северный – Рождества Пресвятой Богородицы в 1887 году. В 1894 году все три престола из-за их ветхости были заменены на новые. С тех пор и до событий XX века церковь оставалась неизменной. На колокольне, считавшейся одной из самых высоких в Нижнем Тагиле, висел большой колокол. Его глуховатый звук слышали жители всего поселка. Рядом стояли два двухэтажных дома. В одном жили священник и дьякон, в другом размещалась церковно-приходская школа.
В начале 1930-х годов Свято-Троицкая церковь была закрыта. Сняли кресты, с колокольни сбросили колокол. Разрушили иконостасы, клиросы, притвор. Сбили вместе со штукатуркой роспись со стен, потолка, купола. В военные годы храм приспосабливали под склады, слесарные мастерские, а позднее — под автогараж Высокогорского рудоуправления. В 1991 году храм передали Екатеринбургской епархии. Благочинный протоиерей Геннадий Ведерников по благословению владыки архиепископа Мелхиседека направил на восстановление храма отца Александра Хоружного. С 1993 года в храме работали профессиональные художники из Екатеринбурга Михаил Оборин и Виталий Игнатьев сотоварищи. Ими разработаны проекты трех иконостасов, включая их построения и отделку. Выполнено несколько праздничных икон и алтарный образ северного придела. Весной 1993 года первые колокола были подняты на колокольню. А к лету появился большой колокол весом около шести тонн – подарок архиепископа Свердловского и Курганского Мелхиседека. Совместными усилиями храм начал восстанавливаться, появился приход.