Началом истории Свято-Троицкого собора является, поездка в конце XIX в. царской семьи в г. Екатеринодар. В 1888 г. произошло крушение поезда с царскими особами. Несчастный случай обошолся без человеческих жертв, слегка пострадали лишь несколько слуг и фрейлин.
В 1889 г. после молебна в Александро-Невском соборе, на заседании Городской Управы, было решено построить храм с семью престолами в 113 квартале во 2-й части города. Приняв это решение, собрание уполномочило своих представителей: В. С. Климова, купеческого старосту А. Ерохина, мещанского старосту Я. Родионова отправить телеграмму Государю с выражением верноподданнических чувств и сообщением своего решения увековечить избавление царской семьи от смертельной опасности строительством семипрестольного храма во имя святых покровителей Августейшей семьи.
6 ноября 1887 г. была получена Высочайшая благодарность. Случилось так, что в скором времени, а именно, 20 апреля 1896 г. в городскую думу поступило заявление 80-летней вдовы урядника Ефросиньи Абрамовны Щербининой, в котором она предложила участок на пересечении улиц Карасунской и Гривенской размером 962 кв. сажени для сооружения церкви. Вдобавок жертвовала 2000 р. Для себя же попросила 120 р. пособия в год, небольшой домик с двумя комнатами чтобы дожить остаток лет. Дума приняла ее предложение, и 3 октября 1899 г. после поздней литургии в городском войсковом соборе и крестного хода, состоялась закладка храма. Уже 14 апреля 1898 г. архитектор И. К. Мальгерб представил в Думу проект собора. Собор был задуман с 3 престолами и мог вместить 1000 человек.
С 1902 г. На месте будущего храма открывается молельный дом, в котором служил о. Василий Бирюков. В 1902 и 1903 гг. производилась кладка колокольни и покрытие крыши.
29 июня 1904 г. были подняты кресты на куполах. 29 июня произошло освящение престола нижнего храма в честь преп. Серафима Саровского. В самом же храме строились следующие престолы: средний – во имя Святой Троицы, правый – во имя Василия Великого, левый – во имя Св. Евфросинии. Позднее престол во имя Св. Евфросинии был помещен в нижний храм, а левый стал носить имя преп. Серафима Саровского. С 1905 по 1907 гг. произошла остановка строительства по причине нехватки средств, и из-за сырости в нижнем храме стали портится иконы. Городская дума выделила 15 000 руб. на сооружение иконостаса, и заключила договор с иконных дел мастером Стрелковым и художником Сафоновым. Все работы были выполнены к концу 1909 г. И 7 июня 1910 г. во второй день Троицы – праздник Святого Духа произошло торжественное освящение храма. В 1911 – 1912 гг. произвели ремонтные работы в нижнем храме, который освятили 1 ноября 1912 г. Во дворе церкви была церковно-приходская школа и 8-е городское начальное училище.
К сожалению, храм был действующим всего 20 лет. В 1934 г. он был закрыт. После чего через 12 лет в 1942 г. по разрешению оккупационных властей, богослужение было возобновлено. Однако, по окончании войны, собор снова был закрыт.
Во время запустения всё, что находилось в церкви, было экспроприировано советской властью: драгоценная утварь, иконы, мебель, иконостасы. Светильники и канделябры были отправлены в Горисполком, а церковная ограда собора по сей день, стоит по периметру детской больницы находящейся по улице Тургенева.
До 1972 г. в храме были склад и засолочная база. Росписи храма было приказано замазать масляной краской в несколько слоев. После всего совершенного правительство решило использовать помещение храма в качестве скульптурного цеха Краснодарского художественного Фонда СССР. Практически все памятники, которые сейчас можно увидеть в г. Краснодаре и крае были сооружены в Троицком соборе в те годы.
В 1985 г. архитектор Г. И. Бекбулатова составила пояснительную записку для Управления культуры Краснодарского Крайисполкома о современном ей состоянии Свято-Троицкого собора: «За время использования помещений церкви ни одна организация – арендатор не производила капитальный ремонт. По данным визуального обследования установлено: фасады захламлены, крыльца разрушены почти полностью, роспись закрашена, кровля во многих местах повреждена, двери плотно не закрываются, декоративные решетки окон и дверей имеют значительные повреждения, витражи полностью утрачены <…>. Интерьеры – полы внутренняя отделка стен находится в крайне запущенном состоянии <…>».
В 1989 г. верующие г. Краснодара собрали более 2000 подписей и добились от Горисполкома возвращения здания церкви Кубанскому Епархиальному управлению. В 1990 г. собор был возвращен верующим и в нем стали совершаться богослужения.
С 1 сентября 2006 года на территории собора находится Екатеринодарская духовная семинария. Действует воскресная школа для детей.
16 сентября 2020 года Архиерейский совет Кубанской митрополии принял решение объединить Свято-Троицкий собор города Краснодара и Екатеринодарскую духовную семинарию в единый Духовно-образовательный комплекс Кубанской митрополии.
