Die 2004 im klassizistischen Stil errichtete Kapelle befindet sich im Zentrum von Dmitrowsk an der Stelle der ehemaligen Heilig-Dreifaltigkeitskathedrale.

Die Dreifaltigkeitskathedrale wurde 1802 gegründet, und der Bau ihres steinernen Gebäudes begann 1810. Die Arbeiten wurden in mehreren Etappen mit Mitteln durchgeführt, die durch freiwillige Spenden gesammelt wurden, die 36.000 Rubel überstiegen. Der Bau wurde von dem Kathedralprotopresbyter Philipp Leonutov geleitet. Die ersten Gottesdienste fanden 1812 statt, und 1817 wurde die Kathedrale geweiht. Bis 1821 war der Bau der Kirche abgeschlossen, aber 1832 wurden zwei Seitenkapellen angebaut, was ihr ursprüngliches Aussehen veränderte. Neben der Hauptkapelle, die der Heiligen Dreifaltigkeit gewidmet war, gab es in der Kirche die Kapellen der Entschlafung der Heiligen Gottesmutter und des Heiligen Georgs. Die Kathedrale wurde von den Bewohnern der zentralen Stadtteile Dmitrowsk und den nahegelegenen Dörfern Anoshinki und Vertyakina besucht. In der Tafelkirche konnten bis zu zweitausend Personen Platz finden. Im Volk wurde die Kirche als Neue Kathedrale bezeichnet, im Gegensatz zur Kirche des Heiligen Dimitri von Thessaloniki, die als Alte Kathedrale galt.

Im Jahr 1865 wurden aus der Dreifaltigkeitskathedrale der Priester Wassili Nikitski, der Diakon Ipatij Kropotov und der Mesner Michail Fjodorov in die neue Gemeinde der Schutzkathedrale von Dmitrowsk versetzt. Im selben Jahr wurde der Protopresbyter Ioann Leonutov zum städtischen und ländlichen Dekan des 1. Abschnitts der Dmitrowsker Dekanate, und der Protopresbyter Pawel Mescherski zum ländlichen Dekan des 2. Abschnitts.

Bis 1885 dienten in der Dreifaltigkeitskathedrale der Protopresbyter Dmitri Matwejewitsch Nikanorow, der mit dem Orden der Heiligen Anna 3. Klasse ausgezeichnet wurde, der Priester Fjodor Georgijewitsch Ilinski und der Diakon Afanasij Jakowlewitsch Lebedew. Die Kirche gehörte zum 1. Abschnitt der Dmitrowsker Dekanate. Im Jahr 1897 dienten hier der Protopresbyter Nikolai Nikolajewitsch Liwanow, der Priester Wassili Jermolajewitsch Rjasanow, die Diakone Afanasij Jakowlewitsch Lebedew und Ivan Nikolajewitsch Nefedjew. Im Jahr 1910 dienten in der Kathedrale der ständige Protopresbyter Lew Ivanowitsch Adamow, der Priester Tichon Ivanowitsch Andrejew, der Diakon Straton Pawlowitsch Sergejew und der Diakon-Psalmodist Jewlampij Petrowitsch Wosnesenski. In der Kathedrale gab es eine Abteilung des Bezirks der Diözesan-Schulrat.

Während des Großen Vaterländischen Krieges, im Herbst 1941, als die Front sich Bryansk näherte, begannen die örtlichen Behörden auf Anweisung des Rajonexekutivkomitees mit der Zerstörung der Heilig-Dreifaltigkeitskathedrale. Es gelang nicht, die Kirche vollständig zu zerstören, und sie wurde schließlich in den 1950er Jahren abgerissen.