Am 7. März 1905 wandte sich Erzbischof Agafodor an den Leiter der Kuban-Region mit der Bitte um die Bereitstellung eines Grundstücks für den Bau einer Kirche im Dorf Armavir. 1908 genehmigte die Gemeindeverwaltung den Bau unter der Bedingung, dass mindestens 30.000 Rubel gesammelt werden. Am 12. Dezember 1910 wurde das Dokument "Urteil der Dorfgemeinschaft von Armavir" erstellt, das von 62 Teilnehmern unterzeichnet wurde, in dem ein Grundstück für den Bau des Tempels ausgewiesen wurde. Der Standort wurde an der Kreuzung der Straßen Chutorskaya und Malominskaya (heute S. Razin und Lunacharsky) in einem ärmeren Viertel, weit entfernt vom Zentrum, gewählt.

Ab dem 28. Mai 1912 begannen die Planungsarbeiten unter der Leitung des Architekten G. I. Akopzhanov. Die Bauleitung hatte der Priester Leonid Dmitrievsky. Am 3. August 1912 fand die Grundsteinlegung des Gebetshauses im Namen der Heiligen Dreifaltigkeit statt. Bis zum 2. September 1914 waren die Außenarbeiten abgeschlossen. 1915, vor dem Hintergrund wachsender patriotischer Stimmung, stiegen die Spenden, und der Architekt entwarf anstelle des Gebetshauses einen Tempel. Am 28. April 1916 wurde der Bau des Tempels abgeschlossen, und am 26. Mai 1916 wurde er geweiht.

Der erste Vorsteher der Heiligen Dreifaltigkeitskathedrale wurde am 7. November 1916 der Priester Alexander Ukolov, der während des Bürgerkriegs erschossen wurde. In den 1930er Jahren überlebte von fünf Kirchen, die in Armavir tätig waren, nur die Heilige Dreifaltigkeitskirche, die anderen wurden zerstört. Doch auch in dieser richteten die Behörden ein Lager ein.

Ein bedeutender Meilenstein in der Geschichte der Kathedrale ist mit dem Vorsteher Leonid Dmitrievsky verbunden, der von 1942 bis 1950 in der Kirche diente. Die Kirche nahm während der deutschen Besatzung ihre Arbeit wieder auf. Nach der Befreiung Armavirs am 24. Januar 1943 organisierte Vater Leonid eine Sammlung von Spenden für die Rote Armee und führte eine Rekonstruktion und umfassende Renovierung der Kirche durch. Er wurde mit der Medaille "Für heldenhaften Arbeit in den Jahren des Großen Vaterländischen Krieges" ausgezeichnet. 1950 wurde der Protopriester Alexander Volkanovich Vorsteher, und in den Jahren 1956-1957 der Priester Georgiy Stroyew. Der Vorsteher Mikhail Samoylenko diente von 1964 bis 1985 in der Kirche.

Seit 1991 wurde der Kandidat der Theologie Protopriester Sergey Tokar, der Dekan der Kirchen des Armavir-Distrikts, Vorsteher. 1993 wurde am Tempel das Armavir Orthodoxe Soziale Institut gegründet. 1995 erhielt die Heilige Dreifaltigkeitskirche den Status einer Kathedrale.