La iglesia de la Trinidad se encuentra casi en el centro de la ciudad moderna, en la intersección de las calles Frunze y Karl Marx, que antes de la revolución se llamaban Spaso-Trinitzkaya y Krestetskaya. Está situada cerca de la orilla derecha del río Porusya. La iglesia fue construida en el siglo XVII, aunque en este lugar anteriormente había un templo de madera, del cual no se han conservado menciones en fuentes escritas. Según datos de autores del siglo XIX, en 1680, durante el reinado de Teodoro Alexéyevich y con la bendición del metropolitano Cornelio, se erigió una nueva iglesia de piedra en el lugar de la antigua iglesia en nombre de la Santa Trinidad. La construcción fue financiada por el comerciante de Staraya Russa, Yakov Tverev, y la consagración tuvo lugar el 13 de diciembre de 1684 por el mismo metropolitano Cornelio.

En 1759, un incendio dañó la iglesia de la Trinidad y destruyó el templo de San Juan Crisóstomo que se encontraba al lado. En 1836, una fuerte tormenta arrancó la cúpula de uno de los tambores de la iglesia y dañó otro, lo que provocó grietas en las bóvedas. La iglesia permaneció en ese estado durante varios años, hasta que en 1853 se obtuvo permiso para su reparación, conservando el antiguo estilo arquitectónico. Los trabajos continuaron hasta 1860 bajo la dirección de Konstantin Andreyevich Ton y estuvieron acompañados de significativas reconstrucciones. Después de eso, no se realizaron cambios radicales, y la iglesia permaneció en ese estado hasta la Gran Guerra Patria. En 1932, el templo aún estaba en funcionamiento, pero más tarde fue cerrado y entregado al comité ejecutivo de la ciudad, probablemente en 1937. El campanario fue destruido antes de la guerra, y en un documento de 1931 se menciona que fue desmantelado debido a la imposibilidad de uso para fines culturales.

Durante la guerra y en los años de posguerra, la iglesia sufrió graves daños. En la época soviética, se planeó crear aquí una sala de lectura y un club de ajedrez, pero estas ideas no se llevaron a cabo. En la década de 1980, en el proyecto de zonas de protección de monumentos de Staraya Russa, se propuso utilizar la iglesia como sala de exposiciones o sala de música y canto de órgano. En 1996, el templo fue devuelto a la diócesis.

La parroquia incluye dos capillas: en honor al Santo Nicolás en la estación de tren y al Arcángel Miguel en el hospital central del distrito.

Actualmente, la iglesia no tiene un iconostasio completo; en su lugar, hay una barrera altar con puertas reales, y los íconos están colocados directamente en las paredes. Las paredes y bóvedas están cubiertas con una simple cal en lugar de pinturas. Sin embargo, el templo se destaca por su particularidad: alrededor del perímetro de las paredes hay dieciséis nichos, arcosolios, que fueron descubiertos durante la restauración en la década de 1960. Ahora en ellos hay jarrones con flores. También la iglesia tiene una acústica maravillosa, que, según los feligreses, amplifica y enriquece el sonido de las oraciones y el canto de la iglesia.