Die Kirche wurde in den Jahren 1841-1844 nach dem Entwurf des Gouvernementsarchitekten Karl Turski erbaut und von dem Bischof von Tomsk und Jenissei, Afanasius, geweiht. Die Mittel für den Bau stellte die gleichgläubige Gemeinde von Tomsk zur Verfügung, und der Hauptspender und Wohltäter war der Altgläubige P. I. Pozdeev.

Später wurden der Kirche zwei Kapellen hinzugefügt: die nördliche zu Ehren des heiligen Märtyrers Charalampos von Magnesia und die südliche zu Ehren des großen Märtyrers Dimitrios von Thessaloniki. An der Kirche gab es zwei einklassige Schulen: die männliche und die weibliche Schule von Woskresenskoje. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts errichtete der Kaufmann N. Tichonov einen Garten um die Kirche.

Im August 1937 wurde Bischof Serafim (Schamschin) verhaftet und am 17. September erschossen. Die Bolschewiken veranstalteten einen Übergriff auf die Kirche, zerstörten Ikonen, Bücher und Archive. Die Kirche stellte faktisch am 27. September 1937 auf Beschluss des Tomsker Stadtrats ihre Tätigkeit ein, und die offizielle Anordnung zur Schließung kam am 8. Februar 1940. Zu diesem Zeitpunkt waren alle Kirchen der Tomsker Diözese geschlossen, und sie hörte auf zu existieren. Bereits 1938 funktionierte in der Stadt kein einziges der 41 Gebetshäuser mehr.

In der Heilig-Troitzky-Kirche wurde ein Lager für Sagotzerne eingerichtet, später das Büro der Autoflotte „Sibchostrasa“. Kirchliche Utensilien wurden in den Staatsfonds übergeben oder weggeworfen, und Bücher sowie Ikonen wurden verbrannt. Das Gebäude wurde beschädigt: Die Kreuze wurden abgerissen, die Wände der südlichen Kapelle waren halbzerstört, Türen, Böden und Fensterrahmen wurden abgerissen.

Nach dem Krieg, im Jahr 1945, wurde die Eröffnung der Troitzky-Kirche genehmigt. Sie konnte mit Volksmitteln restauriert werden. Der Ikonostase aus dem 18. Jahrhundert wurde aus der Kirche des Dorfes Zorkalzevo gebracht. Das restaurierte Kreuz auf dem Glockenturm wurde mit Spiegeln anstelle von Gold geschmückt, die bis heute erhalten geblieben sind. Am 15. Februar 1946 wurde die Kirche erneut nach orthodoxem Ritus geweiht und hörte auf, gleichgläubig zu sein.

Bis zu den frühen 1990er Jahren blieben die Peter-Pauls-Kathedrale und die Heilig-Troitzky-Kirche die einzigen aktiven orthodoxen Kirchen in Tomsk.

Heute gibt es an der Kirche eine Sonntagsschule und eine Bibliothek. Auf ihrem Gelände befindet sich das Grabmal des bekannten tomsker Unternehmers und Mäzens E. I. Korolev.