Zu Beginn des 20. Jahrhunderts konnte die Hauptstadtkirche, die Georgskirche, nicht mehr alle Gläubigen aufnehmen, insbesondere an großen kirchlichen Feiertagen. Auf Initiative des Protopresbyters Alexander Znamenskij und der Gemeindemitglieder wurde beschlossen, eine neue warme Kathedrale, die Dreifaltigkeitskathedrale, zu bauen, die nordöstlich der Georgskirche errichtet werden sollte. Die Einwohner von Jurjew-Polski sammelten über vier Jahre Spenden, und 1907 wurde der erste Stein für das Fundament gelegt. Der Bau der Kathedrale wurde an das 300-jährige Jubiläum des Hauses Romanow angeknüpft. Zuvor hatte die Stadtverwaltung am 6. März 1903 ein Grundstück für den neuen Tempel bereitgestellt, der in einem gemeinsamen Gelände mit der Georgskirche liegen sollte. Für beide Kirchen wurden 432 Quadratmaß Land zugewiesen, und es wurde der Bau einer Straße von der Kathedralenstraße zur Wladimirstraße geplant, von der ein Teil bis heute erhalten geblieben ist.

Bis November 1903 war der Bauplan fertig, und am 21. Januar 1904 genehmigte der Bürgermeister Abrosimow ihn. Das Projekt, das von dem wladimirischen Diözesanarchitekten Nikolai Dmitrijewitsch Koritzkij entwickelt wurde, wurde am 3. Mai 1905 vom Baukomitee beim Heiligen Synod genehmigt. Der Tempel sollte im „russischen“ Stil mit drei Altären gebaut werden: dem zentralen zu Ehren der Lebendigen Dreifaltigkeit und zwei Seitenaltären, dem Kreuzerhöhungs- und dem Verkündigungsaltar. Trotz fehlender Mittel wurde das Projekt umgesetzt. Bis zum Sommer 1905 wurden Baumaterialien, darunter 350.000 Ziegel, beschafft, und am 25. August begann der Bau. Bis zum 1. Oktober 1905 war das Fundament der Kathedrale fertiggestellt. Für die Fortsetzung der Arbeiten waren jedoch erhebliche Mittel erforderlich. Der Kaiser spendete 30.000 Rubel, aber das war nicht genug. Frühe Fröste und ein strenger Winter beschädigten den unvollendeten Tempel, und im März 1909 traten Risse an den Fassaden auf. Eine Kommission aus Wladimir unter der Leitung des Provinzarchitekten S. Fjodorow empfahl, den Bau einzustellen. Dennoch wurde dank der Hilfe frommer Menschen der Bau 1914 abgeschlossen. Bis Dezember 1914 war das Gebäude fertiggestellt und beeindruckte mit seinen Ausmaßen und seiner Dekoration. Der Tempel konnte bis zu zweitausend Menschen fassen.

Am 11. Januar 1915 weihte der Bischof von Jurjew, Eugenij, den Hauptaltar im Namen der Lebendigen Dreifaltigkeit. Am 13. Januar wurde der Altar zu Ehren der Verkündigung der Heiligen Gottesmutter geweiht, und am 18. Januar der Altar des südlichen Altars zu Ehren der Erhöhung des Heiligen und Lebendigen Kreuzes des Herrn. In diesen Seitenaltar wurden die Reliquien des Fürsten Svyatoslav III. Vsevolodowitsch und seines Sohnes Dmitrij aus der Georgskirche übertragen. Am 23. August 1915 wurde der Altar zu Ehren der Himmelfahrt der Gottesmutter im Untergeschoss der neuen Kathedrale geweiht. 1916 wurde das „Svyatoslav-Kreuz“ in die Kathedrale übertragen. Die Weihe der Dreifaltigkeitskathedrale wurde zu einem der letzten freudigen Ereignisse in der vorrevolutionären Geschichte von Jurjew-Polski.

In den 1920er Jahren wurde der Tempel ausgeraubt, entweiht und in den 1930er Jahren geschlossen. Die Heizungsanlage wurde demontiert, und in den 1930er Jahren wurde das Gebäude als Elektrizitätswerk genutzt, was zu Schäden durch Vibrationen führte. Die Mettlacher Fliesen wurden zerbrochen, die Decken entfernt, und der Tempel verlor seine Kuppeln und wurde mit einem Schornstein ausgestattet. Später wurde das Gebäude als Lager genutzt. In den 1990er Jahren war es verlassen.

Heute ist die Heilige Dreifaltigkeitskathedrale der Wladimir-Suzdal-Diözese übergeben worden, jedoch finden aufgrund des maroden Zustands keine Gottesdienste darin statt.