Собор во имя Святой Троицы — «первая и древнейшая» церковь в городе Верхотурье на Урале. Самые ранние упоминания о ней относятся к 1598 году – времени основания самого города. В те годы это был скромный деревянный храм с одним приделом. В XVII веке он уже считался соборным и находился под особым покровительством государей Михаила Феодоровича и Алексея Михайловича. Точно неизвестно, когда при соборе возвели первую колокольню, но в середине XVII века она уже существовала, так как в 1648 году на средства от царского вклада для нее отлили новый благовестник.
В 1683 году собор сгорел, и на его месте построили другой — тоже деревянный, освященный в 1691 году. Простоял он тоже недолго, до очередного пожара. В 1699 и 1700 годах последовали указы Петра I, по которым предписывалось на месте сгоревшего храма поставить каменную церковь на средства казны. Работы начались в 1703 году, а в 1709 году произошло освящение нового собора, который до сих пор считается одним из красивейших в России. В XIX столетии к нему было приписано два храма: деревянный во имя иконы Божией Матери Одигитрии и каменный кладбищенский во имя Успения Божией Матери.
В 1959 году на международной конференции в Гааге Троицкий собор был включен в число наиболее значимых памятников мира. За не полных шесть лет артель усольских каменщиков сотворила настоящее белоснежное чудо. Храм и высокая пятиярусная колокольня составляют удивительно гармоничную и нарядную композицию. Храм — восьмерик на четверике, перекрыт большим сводом, однако этот свод увенчан традиционным пятиглавием. Четыре его главы расположены не как обычно — по углам, а по осям запад-восток и север-юг. Каждая из них опирается на свод по центру одной из граней восьмерика и установлена на четырехугольном световом тамбуре, украшенном небольшими фронтонами. И четверик, и восьмерик, и даже шестигранная апсида украшены сложнейшим узорочьем из фигурного кирпича и многоцветными изразцами. Изящные завитки над окнами, нарядные широкие карнизы с белокаменными «кувшинами» и полихромными изразечными надписями, расположенные между ярусами и под сводом, необычный декор колонок по углам четверика, обрамления круглых окон в виде сказочных цветов из керамических плиток, все это создает впечатление не камня, а скорее, драгоценного кружева. Вероятно, именно эта изысканная нарядность побудила некоторых исследователей отнести Троицкий собор в Верхотурье к памятникам «московского», или «нарышкинского» барокко.
Можно отметить некоторое общее сходство декора Троицкого собора с убранством храмов и их колоколен, Рождества Пресвятой Богородицы в Поярково, Святой Троицы в Останкино и Рождества Пресвятой Богородицы в Путинках, но не меньшее «узорочье» украшало колокольню и храм Благовещенского монастыря в Муроме, ярославского храмового комплекса Иоанна Предтечи в Толчково и Благовещенский храм в Каргополе. Поэтому здесь более точно будет говорить об общей тенденции к пышной декоративности в архитектуре второй половины XVII века и начала XVIII века, которой в каждой местности зодчие добивались своими неповторимыми приемами. Особенно уместно об этом говорить на примере колокольни Троицкого собора в Верхотурье.
Колокольня соединена папертью с собором с западной стороны. Она довольна высока, около 19 саженей, или сорок с небольшим метров до главки и состоит из пяти ярусов: двух четвериков, нижние ярусы и трех восьмериков. Такая сложная конструкция в начале XVIII века была свойственна совсем небольшому числу колоколен. Как примеры можно вспомнить колокольни уже упоминавшегося храма Иоанна Предтечи в Толчково и Новодевичьего монастыря в Москве, имевших шесть и пять ярусов соответственно. Однако не в числе ярусов состоит ее уникальность. Колокольня имеет два яруса звона, но и в XIX веке, как это видно на фотографии 1909 года, и в наши дни колокола расположены только на нижнем. Венчает колокольню двойной шатер, между нижней и верхней частями которого расположен второй ярус звона. Такой шатер – явление очень редкое в русской архитектуре. Один из немногих аналогов – шатер колокольни уничтоженного храма Петра и Павла на Волжском берегу в Ярославле.
Гармонии композиции храма и колокольни в немалой степени способствует единая система декоративных мотивов. Окна паперти и нижних ярусов украшают наличники в виде завитков того же изысканного рисунка, что и на стенах собора. В верхней части паперти, обоих четвериков и нижнего восьмерика проходит лента карниза, аналогичного карнизам между ярусами церкви. Наконец, по углам четвериков установлены колонны того же облика, что и в нижнем ярусе храма. Переход к восьмерикам звона украшен поясом своебразного кирпичного декора, наподобие «петушиного гребня», столь любимого мастерами той эпохи. Арки обоих ярусов звона завершаются остроугольными кокошниками сложного профиля. Они отвечают форме завершения колокольни и зрительно способствуют плавному «перетеканию» форм от нижнего шатра к верхнему. На фотографии С. М. Прокудина-Горского, выполненной в 1909 году, благодаря удачному ракурсу с западной стороны, ясно просматривается вся пятиярусная конструкция колокольни и такая важная подробность, как развеска маленьких колоколов подбора.
Этот редкий по красоте и не имеющий себе аналогов по сложности архитектуры храма и колокольни комплекс Троицкого собора в Кремле города Верхотурье не миновала судьба многих монастырей и храмов в трагические 1930-е го.ды В 1932 году собор был закрыт, а чуть позже в нём разместили городскую кузницу. Приходится только удивляться его относительно неплохой сохранности после столь «интеллигентного» использования. В 1940-е годы здесь разместилась районная библиотека. Церкви собор вернули в середине 1990-х годах, а с 1998 года в нем возобновились богослужения.