Im Jahr 1860, nach der Unterzeichnung des Peking-Vertrags, erhielt Russland das Recht, ein Konsulat in der Hauptstadt der äußeren Mongolei, Urga, zu eröffnen. 1863 kam das Personal des Konsulats mit einem Konvoi von 20 Kosaken nach Urga. Sie bauten das Konsulatsgebäude und eine orthodoxe Kirche zu Ehren der Heiligen Dreifaltigkeit. Der erste Gottesdienst wurde am 22. März 1864 von dem transbaikalischen Priester Ioann Nikolsky gefeiert, was als Gründungstag der Dreifaltigkeitsgemeinde gilt.

Lange Zeit hatte die Kirche keinen ständigen Geistlichen, und die Gottesdienste wurden von Priestern der Transbaikalischen und Chinesischen Geistlichen Missionen sowie der Irkutsker Diözese gehalten. Am 4. September 1893 ernannte der Synod Nikolai Shastin, einen ehemaligen Missionar der Transbaikalischen Geistlichen Mission, zum Pfarrer der Konsulatskirche. Er diente bis 1914, danach wurde der irkutsker Priester Feodor Parnyakov zum Pfarrer.

Im April 1920 wurde der aus Russland emigrierte Colonel M. G. Tornovsky zum Vorsteher der Kirche. Nach seiner Festnahme durch die chinesischen Behörden im November 1920, die mit einem gescheiterten Sturm auf die Stadt durch die asiatische Division Ungern-Sternberg verbunden war, wurde die Dreifaltigkeitskirche von Gomin-Dan-Anhängern geplündert, mit Ausnahme der Ikonen. Nach der Einnahme der Stadt durch Ungern im Februar 1921 wurde Feodor Parnyakov nach einem Verhör wegen Verdachts auf Verbindungen zu den Bolschewiki getötet.

Der Sohn des ersten Pfarrers der Kirche, P. N. Shastin, der 1923 nach der Mongolischen Revolution nach Urga kam, wurde eine bedeutende Persönlichkeit im Gesundheitswesen der MNR, und seine Tochter N. P. Shastina wurde eine bekannte Mongolistin und Übersetzerin. Ab 1927 wurde die Kirche für religiöse Zwecke geschlossen und für andere Zwecke genutzt, später wurde sie zu einem Geschäft.

Seit 1996 begannen Priester der Russischen Orthodoxen Kirche, nach Ulaanbaatar zu kommen. Die wiedererwachende orthodoxe Gemeinde wurde von der Chitiner Diözese betreut. Am 19. Januar 1998 kam der Protopriester Anatoliy Fesechko, der neue Pfarrer der Heilig-Dreifaltigkeitsgemeinde, nach Ulaanbaatar. Am 29. Dezember 1997 übergab das russische Unternehmen OAO „Vneshintorg“ das Gebäude auf dem Gelände seiner Handelsvertretung, die gegenüber der alten Kirche liegt, zur Nutzung an die Russische Orthodoxe Kirche.

Am 8. Juli 2001 weihte Metropolit Kyrill (Gundyayev) den Grundstein für die neue Kirche zu Ehren der Heiligen Dreifaltigkeit. Im Jahr 2005 wurde der Priester Alexey Trubach zum Pfarrer der Gemeinde, der im September 2006 mit dem Präsidenten des Landes, Nambaryn Enkhbayar, über die Genehmigung zum Bau einer vollwertigen orthodoxen Kirche in der Hauptstadt sprach.

Am 21. Juni 2009, am Sonntag aller Heiligen, die im Land Russland leuchteten, wurde die wiederhergestellte Kirche von dem Bischof von Yegoryevsk, Mark (Golovkov), dem Sekretär der Moskauer Patriarchie für ausländische Einrichtungen, geweiht. Am Eingang zur Kirche befinden sich ikonographische Darstellungen von Alexander Newski, Dmitri Donskoi, Sergius von Radonesch, russischen Heiligen, die mit der Geschichte der russisch-mongolischen Beziehungen verbunden sind, sowie des ersten mongolischen Heiligen, Peter von Orda.