La fortaleza de Krasnoufimsk fue fundada en 1735, y se construyó una iglesia de madera de dos altares, consagrada en 1736 en honor a la Santa Trinidad Vivificante y al Santo Nicolás. En 1774, la fortaleza se rindió sin resistencia a los pugachevistas, por lo que evitó el saqueo. En junio de ese mismo año, se celebró un moleben en la iglesia por la salud del ataman Yemelyan Pugachev. Con el tiempo, la fortaleza se convirtió en ciudad, y la iglesia se deterioró.

En 1804 se construyó y consagró una nueva catedral de piedra en nombre de la Santa Trinidad, y en 1837 se consagró el altar de Nicolás el Milagroso. En la campanario de la catedral había 10 campanas. También se celebró un moleben en honor a la victoria del ejército ruso sobre Napoleón.

La catedral fue apoyada por prominentes comerciantes de Krasnoufimsk. En ella funcionaba una escuela parroquial, así como se atendía una escuela de maestros de segundo grado en la aldea misionera. Anualmente, en el día de la icono de Kazán de la Madre de Dios, se llevaban a cabo multitudinarias procesiones. A la iglesia pertenecían 6 capillas y 4 iglesias domésticas.

En 1918, los chequistas arrestaron y asesinaron brutalmente al rector de la Catedral de la Santa Trinidad, el protoiereo Alexei Budrin, al sacerdote Lev Ershov y al sacerdote de la iglesia de la Presentación, Alexander Malinovsky. El 16 de septiembre, sus cuerpos fueron reenterrados cerca de la Catedral de la Santa Trinidad. El 14 de diciembre de 1935, la catedral fue saqueada y cerrada, y en los años siguientes se alojaron diversas instituciones en ella. En 1951, el templo se encontraba semi-destrozado.

El 23 de junio de 2001 se creó la Parroquia en nombre de la Santa Trinidad, cuyo rector fue el sacerdote Andrei Ryzhakov. El 4 de noviembre se celebró la primera Divina Liturgia en el templo. El 6 de diciembre se organizó una escuela dominical para adultos y comenzó a funcionar una biblioteca ortodoxa. El 20 de diciembre se creó un consejo de beneficencia del templo y se abrió un comedor.

El 25 de junio de 2002 comenzó a funcionar un centro de atención pastoral infantil en nombre de la icono de Bogoliubskaya de la Madre de Dios. El 22-23 de julio se encontraron las reliquias de los santos mártires sacerdotes Lev Ershov y Alexander Malinovsky. El 5 de octubre se encontraron las reliquias del santo mártir Alexei Budrin. Las reliquias de los tres santos mártires están expuestas en el templo para la veneración.