Die Kathedralgebäude, die die ältesten Steinbauten von Ust-Sysolsk sind, wurden noch vor der Stadterhebung des Siedlungsgebiets anstelle früherer Holzkirchen errichtet. Die erste Kirche am Ufer der Sysola war die Schutzkirche, deren Bau 1733 begann. 1753 begann in der Nähe der Bau einer weiteren Steinkirche, der Dreifaltigkeitskirche, die 1768 geweiht wurde und zwei Altäre hatte. Zusammen mit dem später erbauten Glockenturm bildeten diese Kirchen ein einheitliches Ensemble der Dreifaltigkeitskathedrale, das die Schutz- und die Dreifaltigkeitskirche umfasste. Sie befanden sich an dem Ort, wo die Schutzstraße (heute Ordzonikidze-Straße) zum Ufer der Sysola führte und auf die Eingangstüren der Schutzkirche stieß, was der Straße ihren Namen gab.

Der Bau solcher großen Steinbauten war eine komplexe Aufgabe. In Ust-Sysolsk gab es keine eigenen Meister, daher wurden spezielle Gruppen von Steinmetzen für den Bau der Steingebäude eingeladen. Im Norden waren die Steinmetze aus Veliky Ustyug für ihr Können bekannt, und sie wurden für den Bau der Ust-Sysolsker Kirchen eingeladen. Die Ustyug-Meister hatten ihren eigenen Stil, der sich über Jahrzehnte entwickelt hatte und durch turmartige Bauten und mehrschichtige Silhouetten der Gebäude gekennzeichnet war, die mit eleganten Kuppeln auf dünnen Hälsen endeten. In diesem Stil wurde auch die Dreifaltigkeitskathedrale erbaut.

Auf einem Foto aus dem frühen 20. Jahrhundert ist die Schutzkirche von Ust-Sysolsk abgebildet, rechts ist die Dreifaltigkeitskirche zu sehen. Über dem Hauptrechteckgebäude mit dem Satteldach erhebt sich ein quadratischer Turm, auf dem übereinander drei sich verjüngende polygonale Tamboure angeordnet sind, die mit kleinen Kuppeln enden. Die Schutzkirche wirkte einfacher, da ihr Bau in zwei Phasen durchgeführt wurde, was den ursprünglichen Entwurf verzerrte.

Bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts hatten die Hauptkirchen von Ust-Sysolsk ihr früheres prächtiges Aussehen verloren. Die Zeit hatte sie nicht geschont, und die Tempel waren merklich verfallen und benötigten Reparaturen. Die Böden waren so verrottet, dass sie drohten, den Altar zum Einsturz zu bringen. Doch die größte Gefahr für die Kathedrale ging nicht von den fauligen Böden aus. Ingenieurtechnisch war der Standort der Dreifaltigkeits- und Schutzkirchen ungünstig gewählt. Massive Gebäude drückten auf das weiche Ufer des Flusses, das auch von unterirdischen Quellen unterspült wurde, und „rutschten“ allmählich nach unten. Einst war der Eingang zur Kirche von der Schutzstraße aus vollständig sichtbar, und bis zum Ende des 19. Jahrhunderts war nur noch ein Fenster über den Türen sichtbar. In den Wänden traten Risse auf, die mit eisernen Klammern zusammengezogen wurden, die Fundamente zerfielen.

Wegen der Einsturzgefahr war es verboten, die große Glocke im Glockenturm zu läuten. Bereits in den 1840er Jahren wurde die Frage der Uferverstärkung aufgeworfen, aber die Arbeiten, die von den Mitgliedern der Wologda-Baukommission angeordnet wurden, wurden nicht ausgeführt.

Später wurden mehrfach Versuche unternommen, das Ufer durch das Einrammen von Pfählen zu verstärken, aber sie blieben erfolglos. Die Kathedrale hat bis in die heutige Zeit nicht überlebt; in den 1930er Jahren, während des aktiven Kampfes gegen die Religion, wurde sie zerstört.