Первая деревянная церковь во имя Троицы Живоначальной появилась на Вятке еще в 14 веке. В 1677 году, при деятельном участии архиепископа Ионы, на месте деревянной церкви закладывается первый в городе каменный храм. Строительство закончено в 1683 году. К середине 18 века храм обветшал, главным образом из-за частых городских пожаров. Местный каменщик Федот Шутов после осмотра церкви вынес заключение, что церковь «вовсе безнадежная и к починке непригодная». Пожар 1752 года ухудшил состояние храма, и духовные власти, а именно епископ Варфоломей, просит Сенат и Синод пригласить в город архитектора для строительства нового собора – «доброго и знающего в том строении искусства гезеля». В 1760 году в Вятку приезжает молодой архитектор И.Г. Кутуков, ученик известного архитектора и педагога Д.В. Ухтомского.
По мнению И.В. Беровой, Кутуков составил новый проект Собора с учетом замысла сооружения, отосланного на утверждение Д.В. Ухтомскому ещё в начале 1760 года. В ноябре 1763 г. Ухтомский пишет епископу Варфоломею: «…на строение новостроящейся соборной Вашей церкви поручиком Кутуковым сочиненный фасад и профиль рассматривал: по которому холодную церковь с алтарем и мезонином советую Вашему преосвященству производить». И.Г. Кутуков руководил строительством до 1763 года, к этому времени Собор был отстроен до внутреннего карниза. Не доведя строительство до конца, Кутуков уезжает в Москву и больше к строительству храма отношения не имеет. Вместо него в город присылают другого ученика Д.В. Ухтомского – С.И. Заикина, при котором и заканчивается строительство теплой церкви с двумя приделами – во имя Николая Чудотворца и Михаила Архангела. Работы по внутреннему интерьеру храма выполнены местными резчиками Яковом Никитиным и Никоном Исаевым.
В 1772 году состоялось освящение холодного храма – в имя Троицы Живоначальной. В этом же году заканчивается строительство колокольни, с приделом во имя Симеона Столпника на втором этаже. На верхнем ярусе колокольни размещены городские часы. В 1770-1790 годах сооружается четырехярусный иконостас в холодном храме. Иконостасы придельных храмов датируются двадцатыми годами 19 века. В украшении иконостасов принимал участие местный художник – Е.Д. Чарушин. В 20-х годах 19 века сооружается теплый переход от колокольни к церкви. В середине 19 века в храме устроен новый пещерный придел – во имя Всех Святых Киевских, где хранились мощи угодников Феофила и Ипатия, принесенные в дар Собору Киево-Печерской лаврой. Из особых святынь, хранившихся в Соборе – Чудотворная икона Святителя Николая, известная с 1383г. Икона была обретена на склоне реки Великая, что у села Великорецкое. Именно от стен Троицкого Собора начинался известный ныне по всему миру Великорецкий Крестный ход. Собор и колокольня разрушены в 30-х годах 20-го века.
По материалам статьи И.В. Беровой «Первый во всем крае»
Различные исторические источники говорят о том, что левый придел Троицкого собора был освящен в честь Михаила Архангела, а правый – в честь Николая Чудотворца.И лишь в «Вятских Епархиальных ведомостях», № 18 за 1865 год имеется уточнение, что приделы имели несколько другие посвящения: «В 1766 г. мая 26 д. освящен придел во имя Николая Чудотворцы, в честь явленной Его иконы Великорецкой. В 1767 г. мая 24 д. освящен придел во имя архангела Михаила, в честь явленной также иконы Его Куринской».
История появления чудотворного Куринского образа связана с селом Курино, а вернее, с деревней Верхокуринье, располагавшейся в 2-3 верстах на северо-запад от села, у реки Куринка. Предание гласит, что местный крестьянин нашел икону, резную по камню («черный шифер»), во время распашки земли. Священники признали в изображении образ Михаила Архангела. Обретение этой иконы положило начало строительству Куринского Михайло-Архангельского мужского монастыря, существовавшего в тех местах в 1676-1764 годах, образованного по грамоте епископа Ионы от 1676 г. Людская молва о чудотворной силе этой иконы привела к тому, что в 1739 году (по другим данным 1740 г.) икону перевозят в Вятку, в Кафедральный собор «для удостоверения в истинности чудес». Жители Курино, не дождавшись возвращения иконы, обратились к епископу Вениамину с просьбой разрешить ежегодный крестный ход с иконой из Троицкого собора в Курино и обратно. В 1742 году (30 мая) прошение было удовлетворено, и с того времени ежегодно проходил Куринский крестный ход, с 1 июня по 10 июля.
По материалам «Вятских Епархиальных ведомостей», № 18 за 1865 г., № 7 за 1870г., № 14 за 1903 г.
Кафедральный Свято-Троицкий собор, каменный, построен в 1760-1772 г.г. Собору принадлежат две каменные часовни: одна близ села Великорецкого Орловского уезда, в 70 вер. от г. Вятки на месте явления Чудотворной иконы Святителя Николая, а другая близ села Филейского в 9 вер. от г. Вятки.
Причта по штату положено: Протоиерей, Ключарь, два священника, протодиакон, два диакона, два иподиакона, два псаломщика; все священноцерковнослужители живут в казенных квартирах.
Земли: кроме усадебной земли при соборных домах сенокосной земли удобн. 14 дес. 1120 саж., неудоб. 1 дес. 2130 саж.; сверх того есть небольшой сенной участок неизмеренный и необмежеванный за рекою Вяткою, против села Красного.
На содержание причта по штату Высочайше утвержденному отпускается в год 2450 руб.; сумма эта пополняется даяниями богомольцев за исправление молебнов пред находящеюся в соборе чудотворною иконою Св. и Чудотворца Николая; сверх сего причт пользуется процентами с капитала 17857 руб.
В.И. Шабалин. «Вятская епархия. Историко-географическое и статистическое описание», Вятка, 1912 г.