Красноуфимская крепость основана в 1735 году, в ней была воздвигнута и в 1736 году освящена деревянная двухпрестольная церковь «Во имя Святой Живоначальной Троицы и Святителя Николая». В 1774 году Красноуфимская крепость без боя сдалась пугачевцам, поэтому не была разграблена. В июне 1774 года в церкви был отслужен молебен о здравии атамана Емельяна Пугачева. Шли годы. Крепость превращалась в город, а церковь старела.
В 1804 году выстроен и освящен новый каменный собор во имя Святой Троицы, престол освящен в 1837 году и Николая Чудотворца, освящён в 1804 году. На его звоннице было 10 колоколов. В храме отслужен молебен о победе русского воинства над Наполеоном.
Собор жил попечением именитых купцов г. Красноуфимска. При храме работала церковно-приходская школа. Стараниями протоиереев и благочинных окормлялась второклассная учительская школа на Миссионерском хуторе. Ежегодно в день Казанской иконы Божией Матери совершались многолюдные Крестные ходы. К храму были приписаны 6 часовен и 4 домовые церкви.
В 1918 году арестованы и зверски замучены чекистами настоятель Свято-Троицкого Собора протоиерей Алексей Будрин и иерей Лев Ершов и священник Введенской церкви с. В. — Суксун Александр Малиновский. 16 сентября их тела перезахоронили у Свято-Троицкого Собора. В 1935 году 14 декабря Собор был разорен и закрыт. В последующие годы в нем размещались различные учреждения. В 1951 году храм был полуразрушен.
В 2001 году 23 июня создан Приход во имя Святой Троицы, настоятелем которого благословлен иерей Андрей Рыжаков. 4 ноября. В храме совершилась первая Божественная Литургия. 6 декабря организована воскресная школа для взрослых и начала работу православная библиотека. 20 декабря создан попечительский совет храма и открыта трапезная.
В 2002 году 25 июня начал работу детский душепопечительский центр во имя Боголюбской иконы Божией Матери. 22-23 июля обретены мощи священномучеников иереев Льва Ершова и Александра Малиновского. 5 октября обретены мощи священномученика Алексия Будрина. Мощи всех трех священномучеников выставлены в храме для поклонения.
