В начале XIX века перед купцами города Осы встал вопрос: построить железную дорогу или новый храм. Было решено, что храм для города Пермской губернии важнее. А железной дороге нет большой необходимости, т.к. рядом протекала река Кама, по которой доставлялись и отправлялись грузы в разные регионы России. В 1902 году приступили к строительству Свято-Троицкого собора. Здание в русско-византийском стиле с элементами архитектуры древнерусских церквей было спроектировано пермским архитектором Александром Турчевичем. Горожане вложили средства в данный проект. Купцы 2-ой гильдии Осиповы, Анна Павловна и ее сын Иван Алексеевич, пожертвовали на храм около 8 тысяч рублей.
В 1909 году архитектор умер, так и не дождавшись окончания строительства. Все денежные поступления на строительство строго учитывались. До наших дней дошла точная сумма пожертвований с 1912 по 1915 годы – это 15757 рублей 78 копеек. К примеру, известно, что из этих средств 2000 рублей было передано московскому художнику Швареву, который писал иконы для иконостаса. Еще 32 рубля заплатили купцу Любимову, который на своем пароходе доставил их в Осу. В 1916 году Свято-Троицкий собор был достроен. На праздник Святой Троицы 16 июня 1916 года храм был освящен. Осталась незаконченной только колокольня. Размеры собора поражают. Он более 50 метров в длину, более 45 метров в ширину и более 40 метров в высоту. Собор построен из красного кирпича, произведенного на заводах князей Голицына и Тупицина. Отапливалось здание калориферными печами, выписанными из Бельгии.
Собор был закрыт в 1930 году по решению исполкома и стал использоваться под различные нужды: музей, машинно-тракторные мастерские, спортзал техникума, даже часть здания использовалась под автовокзал. Три пожара (в 1967, 1968 и 1971 годах) и отсутствие надзора за зданием привели помещение колокольни и собора в негодность. Вторую жизнь храм получил 30 мая 2004 года, когда вновь стали проходить в нем службы и совершаться обряды венчания, крещения и отпевания.
