Zu Beginn des 19. Jahrhunderts standen die Kaufleute der Stadt Osa vor der Wahl: eine Eisenbahn zu bauen oder einen neuen Tempel. Es wurde beschlossen, dass der Tempel für das Gouvernement Perm wichtiger sei, da der nahegelegene Fluss Kama den Transport von Gütern in ganz Russland ermöglichte. 1902 begann der Bau der Heilig-Troitzky-Kathedrale. Der Architekt Alexander Turtschewitsch aus Perm entwarf das Gebäude im russisch-byzantinischen Stil mit Elementen der alt-russischen Architektur. Die Bürger finanzierten das Projekt aktiv, und die Kaufleute der zweiten Gilde, die Familie Osipow, Anna Pawlowna und ihr Sohn Ivan Alexejewitsch, spendeten etwa 8000 Rubel.

Der Architekt starb 1909, ohne den Abschluss des Bauwerks abzuwarten. Alle Spenden wurden sorgfältig dokumentiert. Zum Beispiel wurden von 1912 bis 1915 insgesamt 15757 Rubel und 78 Kopeken gesammelt. Von diesen Mitteln gingen 2000 Rubel an den Moskauer Künstler Schwarew für Ikonen für den Ikonostase, und 32 Rubel an den Kaufmann Ljubimow für den Transport mit dem Dampfschiff nach Osa. 1916 wurde die Kathedrale fertiggestellt und am Fest der Heiligen Dreifaltigkeit am 16. Juni geweiht, obwohl der Glockenturm unvollendet blieb. Das majestätische Gebäude, mehr als 50 Meter lang, mehr als 45 Meter breit und mehr als 40 Meter hoch, wurde aus rotem Ziegel der Fabriken der Fürsten Golizyn und Tupitsin errichtet und mit belgischen Heizöfen beheizt.

Im Jahr 1930 wurde die Kathedrale auf Beschluss des Exekutivkomitees geschlossen und für verschiedene Zwecke genutzt: als Museum, Werkstätten, Sporthalle des Technikum und sogar als Busbahnhof. Drei Brände in den Jahren 1967, 1968 und 1971 sowie mangelnde Pflege führten zu einem Verfall des Gebäudes. Ein neues Leben erhielt der Tempel am 30. Mai 2004, als dort wieder Gottesdienste und Zeremonien wie Trauungen, Taufen und Beerdigungen durchgeführt wurden.