В истории Свято-Троицкой церкви изначально сказывался старообрядческий характер и драматические отношения староверов и властей. Как рассказывает в «Историческом очерке Кыштыма» Б.М. Мещеряков, Свято-Троицкий приход официально был утвержден как единоверческий приход, то есть в него вошли верующие, отпавшие от православия, но потом пожелавшие оставить раскол и присоединиться к Православной Церкви на правах единоверия. Единоверческая церковь, по сути, защищала бывших староверов от притеснений, возобновившихся в эпоху Николая I, хотя далеко не все староверы сюда перешли.
Каменный трехпрестольный храм построили в рекордно короткие сроки: в 1847-1849 годах по инициативе заводчиков Зотовых, которые сами были старообрядцами, но «политическое предназначение» нового храма хорошо понимали. Имя архитектора храма не известно. Скорее всего, Зотовы в целях экономии воспользовались готовым проектом – по епархиям как раз были разосланы рекомендации по строительству новых храмов, к которым прилагались типовые чертежи.
Единоверческий характер Свято-Троицкой церкви не слишком притягивал прихожан. В 1911 году в Кыштым прибыл епископ Екатеринбургский и Ирбитский Митрофан. Посетив Свято-Троицкую церковь, он писал в «Екатеринбургских епархиальных ведомостях»: «Прихожане не отличаются особой любовью к посещению храма. Служение в единоверческих приходах для духовенства является своего рода подвигом. В приходе царят раздоры, происходящие от разногласия и соблюдения тех или иных обычаев».
В годы советской власти Свято-Троицкая церковь не избежала участи других культовых сооружений – в начале 1930-х годов она была закрыта, а здание передано механическому заводу. В 1934 году там был организован клуб имени Кирова, в котором проводили торжественные заседания и крутили кино. Позднее в клубе находился заводской музей. От церковной утвари ничего не осталось – лишь чудом сохранилась чугунная плита с указанием даты постройки храма, которая сейчас хранится в музее Кыштымского машзавода. Также бытует легенда, что когда в 1935 году со звонницы снимали колокола, то один из них покатился по крутому берегу в воду – и до сих пор лежит на дне заводского пруда. Следом были демонтированы купольные барабаны, и церковь совершенно изменила свой облик.
В годы Великой Отечественной войны «храм-клуб» стал местом, откуда кыштымцы уходили на фронт. Здесь проходили проводы: играла солдатская гармонь, а затем, выстроившись в колонну, добровольцы шли на вокзал. После войны здесь кипела клубная жизнь, девушки ходили на танцы, работали всевозможные творческие кружки. Вот только, как вспоминает уроженка Кыштыма известная актриса Инга Оболдина, входили и выходили из клуба через место, где располагался алтарь. Теперь, восстанавливая храм, люди словно просят прощения и за это.
