В 1845 году в Яранске был заложен первый камень будущего Троицкого собора. Он стал не только крупнейшим и самым богатым храмом города, но и ярким примером утверждавшегося в России тех лет русско-византийского стиля. Это один из самых ярких, красивых и монументальных храмов в Кировской области, самый известный из всех построенных в Вятской губернии по чертежам знаменитого русского архитектора Константина Тона. Достойный столичного города, он находится здесь, в провинциальном Яранске, старинном купеческом городке. Очень броский внешне, храм торжественно встречает всех приезжающих в город своим чётким, гармоничным обликом. Троицкая церковь наравне с Успенским собором, сегодня это визитная карточка Яранска.
Первоначально здание Троицкой церкви с колокольней было выстроено и освящено 19 октября 1694 года, однако спустя полтора столетия это здание порядком обветшало, никакие ремонтные работы уже не могли его спасти. В 1844 году старую церковь разобрали, сохранив лишь колокольню 1698 года постройки, а наиболее добротные материалы использовали при строительстве нового храма, начавшемся через год. В 1857 году огромное здание собора было завершено и торжественно освящено. Поскольку старая колокольня всё это время сохранялась, строительство новой затянулось надолго. Лишь к 1889 году Ново-Троицкая колокольня была выстроена. А началось строительство в 1878 году по проекту архитектора А.С. Андреева. До Октябрьской революции на ней висел 21 колокол. Она спроектирована в стиле башен Московского Кремля и возвышается на 66,5 метра. С неё открывается великолепный вид на Яранск и городскую округу. До революции яраничи справлялись по ней о времени: крупнейший из более чем двух десятков звонов Троицкой звонницы, весивший свыше двух тонн, регулярно отбивал часы. Строительство пятиярусной колокольни завершилось гораздо позднее самого храма, поэтому её архитектура имеет определённые художественные отличия от канонов русско-византийского стиля, но при этом она образует цельный архитектурный ансамбль со зданием церкви. Долгое время колокольня была лишена креста, спиленного и сброшенного наземь в годы насаждения в стране воинствующего атеизма.
В основании утраченной святыни сохранилась памятная надпись, обнаруженная реставраторами: «кован 25 августа 1878 года». Благодаря подарку мецената Николая Ивановича Сушенцова 4 ноября 2001 года колокольня обрела новый красивый крест. Яранская газета «Отечество» писала об этом: «Воскресный день 4 ноября — день почитания Божией Матери за её заступничество плод трёхлетних усилий — крест — был доставлен к нам из Республики Марий Эл. В храмах прошли молебны, посвящённые Богородице, а в Троицком — воздвижению креста на Ново-Троицкую колокольню. Затем было его освящение, крестный ход к месту подъёма. Вся операция по водружению креста на маковку колокольни прошла с затаённым дыханием собравшихся вокруг людей, так как верхолазы работали без страховки. И в полдень крест воссиял над нашей милой родиной, градом Яранском, ознаменовав тем самым, что мы должны избавляться от власти зла».
Новый Троицкий храм с колокольней был воздвигнут во многом благодаря щедрой помощи меценатов, таких как купцы Унженины, Носовы, Рощины, Сазоновы, Бабенины. Сумма всех расходов на строительство составила 23 817 рублей 99,5 копеек. Известно, что один только купец 1-й гильдии И.В. Лесников передал на церковь 15 000 рублей ассигнациями и прислал в храм святое Евангелие стоимостью в 1700 рублей и весом 14,33 килограмма. А городской купец Кузьма Беляев, водивший знакомство с Александром Герценом и снабжавший книгами вятские библиотеки, даже сумел получить для храма чертежи у архитектора Тона и привезти их в Яранск. Троицкий храм Константина Тона стал таким же пышным как снаружи, так и внутри. Проектировщик даровал ему целых восемь алтарей, трём из которых отвёл подвальное помещение, а два установил на хорах. Торжественный и величественный, но при этом дарующий ощущение покоя и умиротворения, — таким получился этот «неовизантийский» собор в русской глубинке, устремившийся к небесам на 41 метр. Выглядел храм, правда, иначе, чем сейчас. Изначально его окрасили красной краской в цвет кирпича, потом когда выстроили колокольню, уже ближе к началу ХХ века, ансамбль перекрасили в более лёгкие для восприятия бело-розовые тона.
В 1935 году церковь была закрыта для верующих, после чего помещение приспособили для использования в хозяйственных целях. Вначале здесь находилось зернохранилище, затем помещение использовалось в качестве мастерской МТС, котельной, а затем в здании устроили пекарню; быть может поэтому в здании происходили неоднократные возгорания. Некоторое время в здании размещался кинопрокат. После многих лет безмолвия, в 1991 году здание бывшего храма было возвращено верующим. Летом 1998 года, накануне престольного праздника Живоначальной Троицы, здесь торжественно состоялась первая служба Всенощного бдения. В 1998 года церковь получила статус собора, а с 2015 года в ней пребывают мощи преподобного Матфея Яранского.
