Casi inmediatamente después de la fundación del pueblo de Ekaterinovka en la estepa de Zavolzhye en 1770, comenzó la construcción de un templo para los numerosos feligreses, siervos y sirvientes del conde Alexei Orlov-Chesmensky, trasladados a nuevas tierras. Inicialmente, la iglesia era de madera.

Por deseo del conde Orlov, en el verano de 1806, la iglesia de madera fue desmantelada y trasladada al pueblo vecino de Aleksandrovka, y en su lugar comenzaron a construir un templo de piedra. Un año después, el conde falleció, pero su hija Anna Alexeyevna Orlova-Chesmensky continuó la construcción.

El arquitecto de la iglesia era un siervo del conde. La construcción se completó en 1813 y no se interrumpió ni siquiera durante la guerra con Napoleón.

El altar principal fue consagrado en 1813 en honor a la gran mártir Catalina. Más tarde, el altar principal se convirtió en el dedicado a la Santísima Trinidad, consagrado en 1828. Dos altares se ubicaron en las capillas: al sur, en honor a la gran mártir Catalina, y al norte, en honor a Nicolás el Milagroso, consagrado en 1842.

La iglesia estaba calefaccionada y podía albergar hasta 2000 personas. Contaba con un campanario de piedra y una capilla.

A principios del siglo XX, la iglesia de la Trinidad se convirtió en el centro espiritual del distrito. En ella servían simultáneamente hasta 16 sacerdotes, quienes participaban activamente en la vida del pueblo: enseñaban en la escuela, realizaban lecturas de literatura ortodoxa y organizaban obras de teatro.

El último sacerdote, Pavel Petrovich Preobrazhensky, fue arrestado en 1937 y fusilado un año después, tras lo cual la iglesia fue cerrada. En 1942, se retiraron las campanas del campanario y las cruces de las cúpulas. Los alumnos de la escuela de mecanización fueron obligados a raspar los frescos dentro del templo con ladrillos.

Primero, en la iglesia se instalaron talleres mecánicos, luego un establo. Hasta 1992, la iglesia se fue destruyendo gradualmente.

En 1992, por iniciativa del director de la Administración de Construcción y Montaje Nº 11, V.A. Simonov, y con la bendición del obispo de Samara y Syzran, Sergey, comenzó la reconstrucción de la iglesia. Esta duró 2 años y 10 meses. La SMU-11, que construyó media Samara en los años 60-80, finalizó los trabajos, y en 1996 la iglesia fue nuevamente consagrada.

La reconstrucción se llevó a cabo con donaciones de feligreses y organizaciones. En la fachada de la iglesia se instalaron placas de mármol con los nombres de todos los que participaron activamente en la restauración del templo.

En 2013, se celebró solemnemente el 200 aniversario de la iglesia en Ekaterinovka.