Облик города Сум формировался на протяжении нескольких столетий. Последний век неотъемлемой частью города был и остается Троицкий собор – храм, который прекрасно знает всякий, кто хотя бы раз побывал в Сумах. Соборная церковь – духовная жемчужина и удивительное творение храмового зодчества – хранит в своей памяти богатую, но в то же время непростую, историю.
Инициатором постройки стал известный сумской меценат П. И. Харитоненко, на средства которого собор и был построен. Закладка первого камня состоялась в мае 1901 года. Первоначально строительством должен был заниматься московский архитектор А. В. Щусев, однако церковь была возведена по проекту зодчего К. Г. Шольца, проживавшего тогда в г. Сумы. С небольшими перерывами возведение собора продолжалось до 1915 года. 26 сентября 1914 года планировалось совершить освящение храма, но было отложено из-за смерти П. И. Харитоненко, а последовавшие почти сразу резкие перемены в жизни государства и общества еще надолго лишили возможности совершить необходимое освящение.
Построенный в стиле неоклассицизма, Троицкий собор вобрал в себя явные черты Исакиевского и Троицкого Измайловского соборов г. Санкт-Петербурга. Архитектура храма позволила разместить в нем три алтаря. Центральный был посвящен сошествию Святого Духа на апостолов, по-иному это торжество именуют праздником Пресвятой Троицы, отсюда и название храма, в боковых пределах были установлены престолы в честь апостола и евангелиста Иоанна Богослова и мучеников Адриана и Наталии. По замыслу творцов, величественный храм должен был иметь достойное внутреннее убранство. Поэтому П. И. Харитоненко был заказан в Италии мраморный иконостас, который, к сожалению, погиб из-за боевых действий Первой мировой войны во время транспортировки. Желая повторить чудо Владимирского собора в Киеве, к написанию икон был приглашен М. В. Нестеров. Витраж «Троица» делался при участии К. С. Петрова-Водкина, а храмовую роспись на холстах выполнил И. И. Нивинский. К великому сожалению, почти ничего из первоначального убранства храма не сохранилось до наших дней.
В советский период верующие были лишены возможности совершать богослужения в храме и собор пребывал в запустении. С 1976 года по 1988 год производилась частичная реставрация, во время которой в главном алтаре храма был установлен орган. Но с 1992 года в храме вновь появилась община и под соборными сводами снова зазвучала молитва, хотя еще много лет помещение церкви использовалось для концертов органной музыки. Это продолжалось до 2007 года, когда инструмент был перевезен в здание Сумской филармонии. С того момента храм опять принадлежит православным верующим и он полнится церковной жизнью во всем ее многообразии.
Событие, которое должно было совершиться в 1914 году, совершилось ровно через век, 18 мая 2014 года в Троицком соборе совершен чин Великого освящения храма. Это торжество, а также последующее за ним богослужение, возглавил Высокопреосвященнейший Евлогий, архиепископ Сумский и Ахтырский, настоятель Троицкого архиерейского собора.