La primera mención de la iglesia de la Trinidad en documentos archivísticos data del 20 de marzo de 1782, cuando el obispo de Vyatka y Gran Perm, Lavrenti, dio su bendición para transformar la capilla del cementerio, ubicada en el lugar de la actual catedral de San Mijaíl, en la iglesia de la Trinidad. Este día se puede considerar como el nacimiento del templo. En 1784 se construyó un nuevo edificio de madera para la iglesia. Sin embargo, en 1810, un incendio destruyó muchas construcciones en la parte alta del asentamiento, incluida la iglesia del cementerio. Después de esto, el cementerio fue trasladado más allá de la frontera oriental del asentamiento, a un lugar remoto, cerca de otra aldea.

En 1814, según el proyecto del arquitecto Semión Emelyanovich Dudin, se construyó un templo de piedra en estilo clásico con fondos del tesoro, que fue consagrado en noviembre de ese mismo año en nombre de la Santa Trinidad. Aquí fueron enterrados artesanos, funcionarios y comerciantes, y el propio Dudin encontró descanso aquí. Las virtudes arquitectónicas de la iglesia fueron destacadas en la revista moscovita "Viestnik Evropy" en 1817.

Entre 1852 y 1857, se añadió un campanario al templo según el proyecto del arquitecto I.T. Kokovikhin. En 1912-1914, para el centenario de la iglesia, se erigió un campanario de tres niveles según el proyecto del arquitecto provincial I.A. Charushin.

La iglesia de la Trinidad y sus feligreses ayudaron activamente a los necesitados. Por ejemplo, en 1922, durante la hambruna, en la festividad de la Navidad de Cristo, se organizó una recolección de fondos para los hambrientos en las iglesias de Izhevsk, y solo en la iglesia de la Trinidad se recaudaron 82,650 rublos.

A finales de 1937, todo el clero de la catedral de la Trinidad en Izhevsk fue arrestado y la catedral fue cerrada. El sacerdote Trofim Mikhailovich Sterkhov fue arrestado el 11 de septiembre y condenado a muerte el 2 de noviembre. El igumen Iakov Bashkov fue arrestado el 27 de octubre, condenado a la pena máxima el 5 de noviembre y fusilado el 29 de noviembre. El 17 de diciembre fueron arrestados el rector protoiereo Andrei Viktorovich Volkov y el protodiácono Stefan Azhgikhin, quienes el 24 de diciembre fueron condenados a la pena máxima, mientras que el sacerdote Dmitri Ippolitovich Zamyatin recibió 10 años de campos y murió en el campo el 17 de abril de 1938.

En 1938, los feligreses lucharon contra la decisión de las autoridades de cerrar y demoler el templo. La resolución de demolición fue adoptada el 3 de febrero, pero gracias a una solicitud a Moscú, el proceso de cierre fue suspendido. Las autoridades prometieron que la construcción de un estadio y un parque no afectaría las sepulturas. Al final, el templo fue cerrado solo el 3 de octubre de 1938, pero la demolición nunca se llevó a cabo. Durante la guerra, en el edificio de la iglesia funcionó una panadería. En octubre de 1945, el templo fue devuelto a la comunidad, y requería reparaciones importantes. El primer servicio religioso se llevó a cabo el 17 de marzo de 1946, y la consagración del altar principal tuvo lugar el 12 de septiembre de 1946. Hasta 1994, el templo sirvió como catedral de la diócesis de Izhevsk.

Desde 1985 hasta 1991, según el proyecto del arquitecto S.A. Makarov, se construyó un campanario de un solo nivel y anexos, así como una iglesia de bautismo. En 2000, se construyó un nuevo templo en el territorio de la catedral en honor al gran mártir Panteleimon. El 13 de mayo de 2018, el metropolitano Viktorin consagró el altar recreado en honor a la santa gran mártir Catalina. Ese mismo día se llevó a cabo la reenterramiento de los restos de aproximadamente 2,500 personas, previamente enterradas en el cementerio de la Trinidad.

Desde 2000, la catedral continúa embelleciéndose: se ha mejorado el área interna, se han sembrado céspedes, se ha construido un estanque con fuente y una colina alpina para el descanso de los feligreses.