Die Heilige Dreifaltigkeits-Kathedrale ist das zentrale Element des architektonischen Ensembles von Solikamsk. Ihr Bau begann 1684 mit der Segnung des Wjatka-Bischofs Jona Baranow und mit Mitteln der einheimischen Bevölkerung. Laut Überlieferung wandten sich die Bauarbeiter um Hilfe an die Zaren, als die Mittel erschöpft waren. 1688 wurden auf Befehl von Iwan und Peter Alexejewitsch sowie der Zarin Sofia aus dem Nowgoroder Kommando 200 Rubel zur Fertigstellung der Kathedrale bereitgestellt. Dieses Geld ermöglichte nicht nur den Abschluss des Baus, sondern auch die Verschönerung des Tempels. Zum Gedenken an die königliche Spende wurde ein Kachel mit dem Wappen in die Südwand des Tempels eingesetzt, der leider nach der Revolution von 1917 zerstört wurde.

In der Kathedrale gab es drei Altäre: den Hauptaltar, der 1697 zu Ehren der Heiligen Dreifaltigkeit geweiht wurde, den südlichen zu Ehren des Johannes des Täufers im Jahr 1689 und den westlichen zu Ehren des Heiligen Nikolaus im Jahr 1693. Im 18. und 19. Jahrhundert wurde die Kathedrale zur Pfarrkirche und 1916 zur Kathedrale. Sie blieb bis 1929 aktiv, trotz der Versuche, sie zu schließen. 1929 wurde die Kathedrale geschlossen und ihr Eigentum zerstört.

Im selben Jahr wurde das Gebäude dem Heimatmuseum übergeben. Nach Renovierungsarbeiten wurden in der Kathedrale Ausstellungen zur Geschichte von Solikamsk und zur Landwirtschaft eingerichtet. 1938 wurde die Ausstellung geschlossen, aber das Gebäude wurde während des Krieges als Lager genutzt. In den 1960er und 1970er Jahren wurde die Kathedrale restauriert. 1982 wurde sie erneut dem Museum übergeben, und seit 1992 beherbergt sie eine Ausstellung, die dem lokalen Fest der Neunten Freitag gewidmet ist.

Trotz der Diskussionen über die Übergabe der Kathedrale an die Kirche bleibt sie im Besitz des Museums. Die Architektur der Kathedrale, mit ihren fünf Kuppeln und reichem Dekor, ist fast vollständig erhalten geblieben. Besonders auffällig sind die Terem-Eingänge und das Käferornament, das für die solikamsker Denkmäler charakteristisch ist. In der Kathedrale befanden sich auch Lager für Handelswaren. 1943 stürzte der Turm der Glockenstube ein, wurde jedoch 1957 wiederhergestellt. Heute befindet sich in der Glockenstube die Naturabteilung des Museums.