Свято-Троицкий собор построен в северной нагорной части города Красноярска на вершине высокого холма, в начале тракта на Енисейск. Церковь стала архитектурной доминантой, возвышающейся над плоским ландшафтом Красноярска. Она сохранила значение градостроительного ориентира.
Свято-Троицкий собор представляет собой интересный образец культовой архитектуры первой половины ХIХ века в традиционных формах позднего классицизма. Это каменная церковь с вытянутым вдоль всего здания приделом на месте северного рукава креста. Кубический храм завершен массивным, в восемь осей световым барабаном с плоским перекрытием и сферической формы кровлей с коротким шпилем на четырехгранной невысокой тумбе. С запада примыкает высокая четырехъярусная четырехгранная колокольня, завершенная шпилем с маленькой главкой. На северной, западной и южной гранях нижнего яруса колокольни — глухие ниши. В интерьере сохранились иконостасы классицистических форм, красного цвета с позолоченной резьбой. Росписи стен — поздние, примерно 1960-х годов Материал стен — кирпич.
Строительство церкви было начато в связи с закрытием городского кладбища при Всехсвятской церкви и переносом его к северу за реку Качу. 15 августа 1831 года общее собрание купцов и мещан Красноярска постановило просить разрешения на строительство кладбищенской церкви за рекой Качей. Весной 1835 года Енисейское губернское правление утвердило план здания церкви, разработанный губернскими архитекторами Д. Маковецким и П. А. Шаровым. Как многие сибирские храмы, Свято-Троицкий собор строился в два этапа. Холодная Троицкая церковь заложена 20 мая 1836 года, а через три месяца было получено сообщение от епископа Томского и Енисейского Агапита о дозволении построить и теплый придел. Он был освящен во имя святителя Иннокентия Иркутского 21 августа 1842 года, а Троицкий придел освящен 11 октября 1848 года. Троицкая церковь была приписана к Воскресенскому собору. В 1850-х годах на средства красноярского купца Н. Иноземцева была возведена каменная ограда с воротами на западной стороне кладбища, а позднее — и с южной стороны. В 1860-х годах около Троицкой кладбищенской церкви купец М. Сажин построил каменную часовню во имя святых апостолов Петра и Павла.
Несмотря на то что вплоть до 1917 года Свято-Троицкий храм был приписным кладбищенским храмом, его жизнь не ограничивалась заупокойными богослужениями, а была весьма обширной и духовно важной для жителей столицы громадной губернии. Литургию и другие богослужения здесь часто совершал кафедральный протоиерей Василий Дмитриевич Касьянов. Окормляли Троицкий храм служители кафедрального собора, представители сибирских священнических династий: член Енисейской духовной консистории священник Григорий Климовский и протоиерей Иннокентий Климовский, иерей Михаил Солодчин, протоиерей Константин Тюшняков и др.
Осенью 1917 года церковь стала самостоятельным приходским храмом. К началу 1936 года все церкви города Красноярска, как и значительная часть храмов края в целом, были закрыты. Действующей осталась только Свято-Троицкая кладбищенская церковь. Фактически с ноября 1937 года прихожане храма остались без пастырей: были арестованы и расстреляны диакон Георгий Яковлевич Пигулевский, протоиерей Иоанн Словцов, священник Павел Демьянович Герасимович, иерей Иоанн Шангин. В течение двух лет молитвы прихожан продолжались келейно, тайно. А в сентябре 1939 года было принято официальное решение крайисполкома о закрытии Свято-Троицкой церкви. В качестве причины расторжения договора с общиной верующих указывалось, что община «распалась», а оставшаяся небольшая группа верующих «от внесения средств на ремонт здания отказалась», вследствие чего здание «приходит в негодность». Храм должны были передать под автомотоклуб, но в итоге в нем разместился фурнитурный цех фабрики кожевенных изделий крайлегпрома.
С 1945 года по 1961 год Свято-Троицкий храм был приписан к Покровскому храму. С 1961 года по 1990 год он являлся главным храмом Красноярского благочиния. С 1992 года — собором.
Новое рождение пережил собор после назначения в 2004 году его настоятелем игумена Нектария Селезнева. Храм был отремонтирован, приобрел новые колокола, иконостасы. Сюда принесены были частицы святых мощей многих чтимых святых, в том числе и оптинских святых. При соборе действуют попечительский совет, воскресная школа, хор под управлением регента В. Пономарева.
Троицкая церковь является объектом культурного наследия федерального значения.
