En la reunión diocesana del clero de la diócesis de Kamchatka, el 9 de agosto de 1999, se decidió construir la catedral y se aprobó el proyecto del arquitecto Oleg Lukomski. La construcción comenzó en septiembre de 2001. En junio de 2002, en el día de la Santísima Trinidad, se colocó en los cimientos del templo una cápsula de acero con las reliquias de los santos mártires Antonio, Eustaquio y Juan, así como un acta fundacional. Los trabajos principales de construcción se completaron en septiembre de 2010. Para la pintura de la catedral se invitó a maestros iconógrafos de Volgodonsk y Sergiev Posad bajo la dirección de Alexander Tanichev, miembro de la Unión de Artistas de Rusia. La pintura se realizó en el estilo antiguo ruso con pinturas minerales, lo que garantiza la durabilidad de los frescos. En total, se representaron alrededor de 200 personajes bíblicos y evangélicos. La iconografía fue realizada por el arquitecto e iconógrafo Igor Myasnikov. El 19 de septiembre de 2010, el patriarca de Moscú y de toda Rusia, Kirill, bendijo la catedral, regalando un ícono de la santa Matrona de Moscú y una parte de sus reliquias. En 2015 se bendijo la capilla de Artemio Verkolsky.

Según el proyecto, la parte inferior del templo se convertirá en una sala de conciertos. Aquí se planea la pintura de escenas de la historia del cristianismo ortodoxo en Kamchatka, comenzando con los primeros misioneros y eventos históricos significativos, como la victoria sobre la escuadra anglo-francesa en 1854. En las paredes de la sala se representará toda la historia de Kamchatka.

Inicialmente, la construcción fue financiada a través de donaciones de los feligreses, personas físicas, incluyendo a Vladimir Putin y al patriarca Alexio II, personas jurídicas y fondos benéficos. Más tarde, la financiación del proyecto fue asumida por la empresa Gazprom.