Храм Пресвятой Троицы в г. Осе был задуман в конце XIX века. Автором проекта стал архитектор Александр Бонавентурович Турчевич. Начало строительства собора в Осе пришлось на 1902 год. Бурное развитие промышленности дало возможность местному сообществу вложить значительную сумму средств в данный проект. Место для строительства собора было выбрано на так называемой «Красной площади». Свято-Троицкий собор построен в стиле русского модерна начала XX века. Кроме того, он отражает и др. архитектурное течение того времени — подражание архитектурным формам древнерусских церквей середины XVII века. Однако смешение стилей не умаляет его ценности, а придает собору неповторимую красоту. В 1909 году, архитектор умер в возрасте 54 лет, так и не дождавшись окончания строительства.
В 1916 году Свято-Троицкий собор был практически выстроен, не достроена лишь колокольня. Собор занимает доминирующее положение в ансамбле старой Осы. Купола собора видны на несколько десятков километров со всех сторон. По рассказам старожилов, на колокольне Троицкого собора была звонница из небольших колоколов. Самый большой колокол был диаметром полтора метра. Кресты были медные и сияли на солнце. Купола были голубыми, под цвет неба. Когда шла служба, Троицкий собор был полностью заполнен прихожанами. Поражают размеры и величие храма: длина здания 53,35 м, ширина — 46,3 м, высота собора составляет 44,18 м, диаметр купола — 11,4 м, мощные устои стен, площадь здания — 1254,6 кв.м. Здание украшено изумительными каменными узорами.
Здание собора построено из красного кирпича, который поступал с заводов князей Голицына и Тупицина. Отопление такого огромного здания производилось калориферными печами, выписанными из Бельгии. Более половины средств для строительства собора пожертвовала семья Осиповых: Анна Павловна и ее сын Иван Алексеевич. Рамы изготовил мастер Светников. Решетки, двери, прутья, крючья к паникадилам сделаны И. М. Перетягиным. Иконы для иконостаса писал московский художник Шварев. Основной и два боковых иконостаса изготовил мастер А. С. Рякин, устанавливал иконостас П. Д. Ступишин. 16 июня 1916 года в г. Осе было произведено освящение нового каменного соборного храма во имя Святой Троицы, строящегося 14 лет. Первыми священниками в храме были Дмитрий Киприянович Овечкин и Петр Алексеевич Алексеев. Оба были расстреляны в годы советской власти.
Службы в соборе велись до 1927 года Свято-Троицкий собор постигла та же судьба, что и др. культовые сооружения по всей стране. Собор был закрыт по решению Уральского облисполкома от 27 сентября 1930 года. Здание начало переходить из ведомства в ведомство. В дальнейшем здание использовалось краевед. музеем; затем под различные хозяйственные нужды: в нем размещались машинно-тракторные мастерские, в подвал завозили лед для хранения молока. Часть здания с 1956 года эксплуатировалась Осинским зооветтехникумом: здесь размещался спортзал, в котором проходили занятия по волейболу и тяжелой атлетике. В южной части собора в 60-70 годах размещался местный автовокзал. Пожары в 1967, 1968 и 1971 годах, отсутствие надзора за состоянием памятника архитектуры привели помещение колокольни в негодность. С 1979 года по 1984 год здание Свято-Троицкого собора подверглось частичной реставрации. Последующие 16 лет здание Свято-Троицкого собора стояло в центре Осы невостребованным и подвергалось разрушению.
В 2000 году по инициативе главы администрации Осинского р-на И. В. Камских начал изучаться вопрос о возможности начала восстановительных работ на Свято-Троицком соборе. В начале 2001 года вопрос о восстановлении Свято-Троицкого собора обсуждался на Земском собрании. 19 мая 2003 года Осу посетил Епископ Пермский и Соликамский Иринарх, благословивший осинцев на восстановление местной святыни. За короткий срок были выполнены следующие работы: отремонтирована кровля над западным приделом, установлены два креста, при входе в храм и с правой стороны колокольни, изготовлен иконостас, построен алтарь, оштукатурена нижняя часть стен до окон, вставлены стекла, решетки, закуплена утварь для богослужений, подведены системы жизнеобеспечения электричество, водопровод, отопление, установлена система сигнализации. 30 мая 2004 года состоялось освящение Свято-Троицкого собора и празднование Дня Святой Троицы. В этот день Свято-Троицкий собор в Осе получил вторую жизнь. Начались службы крещения, венчания и другие церковные таинства. В 2006-2007 годах восстановительные работы продолжались: сделана отмостка вокруг здания, проведены изыскательские работы по состоянию фундаментов, остекление окон собора. 25 августа 2006 года был демонтирован старый купол, а 26 августа установлены новый купол и крест. Высота креста 4,2 м. Летом 2007 года были изготовлены и установлены четыре средних купола с крестами на пожертвования ООО»Лукойл-Пермь». Работы по восстановлению храма производятся и в настоящее время.
