Auf der Diözesanversammlung des Klerus der Kamtschatka-Diözese wurde am 9. August 1999 beschlossen, eine Kathedrale zu bauen, und das Projekt des Architekten Oleg Lukomski wurde genehmigt. Der Bau begann im September 2001. Im Juni 2002, am Tag der Heiligen Dreifaltigkeit, wurde eine Stahlkapsel mit den Reliquien der heiligen Märtyrer Anton, Eustachius und Johannes sowie eine Grundsteinurkunde in das Fundament der Kirche gelegt. Die Hauptbauarbeiten wurden bis September 2010 abgeschlossen. Für die Fresken der Kathedrale wurden Ikonenmaler aus Wolgodonsk und Sergiew Possad unter der Leitung von Alexander Tanitschew, Mitglied des Verbands der Künstler Russlands, eingeladen. Die Malerei wurde im alt-russischen Stil mit mineralischen Farben ausgeführt, was die Langlebigkeit der Fresken gewährleistet. Insgesamt wurden etwa 200 biblische und evangelische Figuren dargestellt. Die Ikonografie wurde vom Architekten und Ikonenmaler Igor Mjasnikow durchgeführt. Am 19. September 2010 weihte der Patriarch von Moskau und ganz Russland Kirill die Kathedrale und schenkte eine Ikone der heiligen Matrona von Moskau sowie einen Teil ihrer Reliquien. Im Jahr 2015 wurde die Kapelle des Artemij Verkolskij geweiht.

Laut dem Projekt wird der untere Teil der Kirche zu einem Konzertsaal. Hier ist eine Malerei von Szenen aus der Geschichte des orthodoxen Glaubens auf Kamtschatka geplant, beginnend mit den ersten Missionaren und bedeutenden historischen Ereignissen wie dem Sieg über die anglo-französische Flotte im Jahr 1854. An den Wänden des Saals wird die gesamte Geschichte Kamtschatkas dargestellt.

Ursprünglich wurde der Bau durch Spenden von Gemeindemitgliedern, Privatpersonen, einschließlich Wladimir Putin und Patriarch Alexius II., juristischen Personen und Wohltätigkeitsfonds finanziert. Später übernahm die Firma „Gazprom“ die Finanzierung des Projekts.