Отсутствие в г. Орле надлежащего кафедрального собора вынудило епископа Смарагда поднять вопрос о строительстве в епископской резиденции нового, более вместительного и обширного храма, так как Борисоглебский собор был мал и неудобен, Петропавловский находился в стадии бесконечных ремонтов и переделок, а храм, находившийся при Архиерейском доме – Успенский собор, также обширностью не отличался и не мог вместить всех желающих присутствовать на архиерейском богослужении. Но в связи с переводом епископа в Рязанскую епархию в 1858 г. это намерение не было осуществлено.
Троицкий собор был заложен 5 июня 1860 г. епископом Поликарпом, преемником Смарагда, на территории Верхнего сада Архиерейского дома по проекту архитектора Н. Ефимова. В 1865 г. приехавший для освидетельствования обрушившейся Покровской церкви архитектор Маевский запретил возведение купольных сводов собора. По просьбе епископа был разработан проект устройства над собором деревянных куполов с последующей штукатуркой их с внутренней стороны и обшивкой железом снаружи. Храм освятили 29 июня 1879 г.
Троицкий собор взорвали в 30-е годы XX века. В настоящее время от него сохранились подвалы под алтарными апсидами.
Источник: Неделин В.М. «Архитектурные древности Орловщины. Книга 2 (ушедшее)». — Издательство: «Вешние воды», 2009 г., стр. 23.