Der architektonische Komplex des Makarevo-Jelotwodsk-Klosters entstand hauptsächlich in der Zeit von 1661 bis 1677. Kunsthistoriker bemerken, dass dies zur besonderen Einheitlichkeit des Klosterbaus beitrug. Zu Beginn der 1620er Jahre stand an der Stelle der heutigen Dreifaltigkeitskathedrale eine hölzerne Kirche der Lebendigen Dreifaltigkeit. Diese entsprach jedoch nicht dem Status der Abtei an der Wolga, und bald beschlossen die kirchlichen Behörden, einen größeren Tempel zu errichten. Die neue Kathedrale, die zu Ehren der Heiligen Dreifaltigkeit geweiht wurde, wurde zur zentralen architektonischen und sinnlichen Dominante des Klosters. Ihr Bau fand von 1651 bis 1658 statt und ist mit dem Namen des Patriarchen Nikon verbunden. Obwohl nicht genau bekannt ist, welche Rolle er beim Bau der steinernen Tempel des Klosters spielte, war seine persönliche Beziehung zur Abtei bedeutend, da er in seiner Jugend hier als Mönch lebte.

Die architektonische Lösung der Dreifaltigkeitskathedrale spiegelt das Konzept der Tempelarchitektur wider, das von Nikon gefördert wurde, das den Verzicht auf Zeltabschlüsse und die Orientierung am Uspenski-Kathedrale des Moskauer Kremls vorsah. Die Bauherren der Dreifaltigkeitskathedrale des Jelotwodsk-Klosters folgten diesem Vorbild. Es wird angenommen, dass der Bau der steinernen Tempel von Maxim Apsin, einem Meister aus Moskau, geleitet wurde. Die Kathedrale war ein ehrgeiziges Projekt für ihre Zeit, auch wenn sie in der Größe nicht die Uspenski-Kathedrale übertraf, war sie jedoch größer als die Spaso-Preobrazhenski-Kathedrale des Nowgoroder Kremls.

Von 1977 bis 1983 fanden in der Kathedrale Restaurierungsarbeiten statt. Die metallenen Kreuze wurden gereinigt und gestrichen, die Kuppelüberzüge wurden repariert, das Dach wurde neu gedeckt und gestrichen, das Mauerwerk wurde wiederhergestellt, die Fenster wurden verglast und die Dachkonstruktionen wurden ersetzt. Auch die Bodenstabilisierung unter der Kathedrale wurde durchgeführt. In den 1980er Jahren wäre die Kathedrale fast überflutet worden aufgrund des Baus des Tscherbokssar-Kraftwerks. Heute steht die Heilige Dreifaltigkeitskirche unter staatlichem Schutz und ist die einzige in der Region Nischni Nowgorod, in der Fresken aus dem 17. Jahrhundert erhalten geblieben sind. In den 2000er Jahren war der Nischni Nowgoroder Ikonenmaler Alexei Antsiferov mit der Restaurierung der Ikonen beschäftigt. Am 7. August 2007 wurde der Kopf des heiligen Makarius in das Kloster übertragen, und am selben Tag weihte Erzbischof Georg die Heilige Dreifaltigkeitskathedrale.