A principios del siglo XX, la principal iglesia de la ciudad, San Jorge, ya no podía albergar a todos los fieles, especialmente en los días de grandes festividades religiosas. Por iniciativa del protoiereo Alexander Znamensky y los feligreses, se decidió construir una nueva catedral caliente, la Catedral de la Trinidad, que se ubicó al noreste de la Catedral de San Jorge. Los habitantes de Yuriev-Polski recolectaron donaciones durante cuatro años, y en 1907 se colocó la primera piedra de su fundación. La construcción de la catedral se programó para coincidir con el 300 aniversario de la dinastía Romanov. Anteriormente, el 6 de marzo de 1903, la Duma Municipal asignó un terreno para la nueva iglesia, que debía estar en la misma cerca que la Catedral de San Jorge. Para ambas iglesias se asignaron 432 sazhen de tierra, y también se planificó la construcción de un camino desde la calle de la catedral hasta la ruta de Vladimir, parte del cual se ha conservado hasta nuestros días.

Para noviembre de 1903, el plan de construcción estaba listo, y el 21 de enero de 1904, el alcalde Abrosimov lo aprobó. El proyecto, desarrollado por el arquitecto diocesano de Vladimir, Nikolai Dmitrievich Koritsky, fue aprobado por el Comité de Construcción del Santo Sínodo el 3 de mayo de 1905. La iglesia debía tener un estilo "ruso" y tres altares: el central en honor a la Trinidad Vivificadora y dos laterales, el de la Elevación de la Cruz y el de la Anunciación. A pesar de la falta de fondos, el proyecto se llevó a cabo. Para el verano de 1905, se habían preparado materiales de construcción, incluyendo 350,000 ladrillos, y el 25 de agosto comenzaron las obras. Para el 1 de octubre de 1905, se completó la fundación de la catedral. Sin embargo, se requerían fondos significativos para continuar el trabajo. El emperador donó 30,000 rublos, pero eso no fue suficiente. Las heladas tempranas y el invierno severo dañaron la iglesia inacabada, y en marzo de 1909 aparecieron grietas en las fachadas. Una comisión de Vladimir, bajo la dirección del arquitecto provincial S. Fyodorov, recomendó detener la construcción. Sin embargo, gracias a la ayuda de personas piadosas, en 1914 se completó la construcción. Para diciembre de 1914, el edificio estaba terminado, impresionando con sus dimensiones y decoración. La iglesia podía albergar hasta dos mil personas.

El 11 de enero de 1915, el obispo de Yuriev, Evgeny, consagró el altar mayor en nombre de la Trinidad Vivificadora. El 13 de enero se consagró el altar en honor a la Anunciación de la Santísima Virgen María, y el 18 de enero, el altar del altar sur en honor a la Elevación de la Cruz del Señor. En este altar se trasladaron las reliquias del príncipe Svyatoslav III Vsevolodovich y su hijo Dmitry desde la Catedral de San Jorge. El 23 de agosto de 1915 se consagró el altar en honor a la Asunción de la Madre de Dios en el piso inferior de la nueva catedral. En 1916, se trasladó la "Cruz de Svyatoslav" a la catedral. La consagración de la Catedral de la Trinidad se convirtió en uno de los últimos eventos alegres en la historia prerrevolucionaria de Yuriev-Polski.

A mediados de la década de 1920, la iglesia fue saqueada, profanada y cerrada en los años 30. La calefacción por calor fue desmantelada, y en los años 30, el edificio se utilizó como central eléctrica, lo que provocó daños por vibración. Las baldosas de Metlakh se rompieron, los techos fueron eliminados, y la propia iglesia perdió sus cúpulas y fue equipada con una chimenea. Más tarde, el edificio se utilizó como almacén. Para la década de 1990, se encontraba abandonado.

Hoy, la Catedral de la Santísima Trinidad ha sido transferida a la Diócesis de Vladimir-Suzdal, sin embargo, debido a su estado de emergencia, no se celebran servicios en ella.