Fast unmittelbar nach der Gründung des Dorfes Jekaterinowka in der Wolga-Steppe im Jahr 1770 begann der Bau einer Kirche für die zahlreichen Gläubigen, Leibeigenen und Bediensteten des Grafen Alexei Orlow-Tschesmenski, die auf neues Land umgesiedelt wurden. Ursprünglich war die Kirche aus Holz.

Auf Wunsch von Graf Orlow wurde im Sommer 1806 die Holzkirche abgerissen und ins benachbarte Dorf Alexandrowka versetzt, und an ihrer Stelle begann man mit dem Bau einer Steinkirche. Ein Jahr später starb der Graf, aber seine Tochter Anna Alexejewna Orlow-Tschesmenska setzte den Bau fort.

Der Architekt der Kirche war ein Leibeigener des Grafen. Der Bau wurde 1813 abgeschlossen und unterbrach nicht einmal während des Krieges gegen Napoleon.

Der Hauptaltar wurde 1813 zu Ehren der heiligen Märtyrerin Katharina geweiht. Später wurde der Altar im Namen der Heiligen Dreifaltigkeit, geweiht 1828, der Hauptaltar. Zwei Altäre befanden sich in den Kapellen: auf der Südseite, im Namen der heiligen Märtyrerin Katharina, und auf der Nordseite, im Namen des heiligen Nikolaus des Wundertäters, geweiht 1842.

Die Kirche wurde beheizt und bot Platz für bis zu 2000 Personen. Neben ihr befanden sich ein steinerner Glockenturm und eine Kapelle.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde die Dreifaltigkeitskirche zum geistlichen Zentrum des Kreises. Gleichzeitig dienten bis zu 16 Priester, die aktiv am Leben des Dorfes teilnahmen: sie unterrichteten in der Schule, führten laute Lesungen orthodoxer Literatur durch und organisierten Theateraufführungen.

Der letzte Priester, Pawel Petrowitsch Preobraschenski, wurde 1937 verhaftet und ein Jahr später erschossen, wonach die Kirche geschlossen wurde. 1942 wurden die Glocken vom Glockenturm abgenommen, die Kreuze von den Kuppeln. Schüler der Mechanisierungsschule wurden gezwungen, die Fresken im Inneren der Kirche mit Ziegeln abzureißen.

Zunächst wurden in der Kirche mechanische Werkstätten eingerichtet, dann ein Stall. Bis 1992 wurde die Kirche allmählich zerstört.

1992 begann auf Initiative des Direktors der Bau- und Montageverwaltung Nr. 11 V.A. Simonow und mit dem Segen des Bischofs von Samara und Syzran Sergius die Rekonstruktion der Kirche. Diese dauerte 2 Jahre und 10 Monate. Die SMU-11, die die Hälfte von Samara in den 60er bis 80er Jahren gebaut hatte, schloss die Arbeiten ab, und 1996 wurde die Kirche erneut geweiht.

Die Rekonstruktion wurde durch Spenden von Gläubigen und Organisationen finanziert. An der Fassade der Kirche wurden Marmortafeln mit den Namen aller, die aktiv an der Wiederherstellung des Tempels beteiligt waren, angebracht.

2013 wurde in Jekaterinowka das 200-jährige Bestehen der Kirche feierlich gefeiert.