El templo de la Santísima Trinidad en Osa fue concebido a finales del siglo XIX, y su proyecto fue desarrollado por el arquitecto Alexander Bonaventurovich Turchievich. La construcción de la catedral comenzó en 1902, cuando el rápido desarrollo de la industria permitió a la comunidad local invertir significativos recursos en este proyecto. El lugar para la catedral fue elegido en la "Plaza Roja". La Catedral de la Santísima Trinidad está realizada en el estilo del modernismo ruso de principios del siglo XX, pero también refleja elementos de la arquitectura rusa antigua del siglo XVII. Esta combinación de estilos le da a la catedral una belleza única. El arquitecto Turchievich falleció en 1909, sin ver la finalización de la construcción.

Para 1916, la catedral estaba casi lista, excepto por el campanario. Ocupa un lugar central en el conjunto de la antigua Osa, y sus cúpulas son visibles a decenas de kilómetros. Según los relatos de los ancianos, en el campanario había una campanilla con pequeñas campanas, la más grande de las cuales tenía un diámetro de un metro y medio. Las cruces de cobre brillaban al sol, y las cúpulas eran azules. Durante los servicios, el templo estaba lleno de feligreses. Las dimensiones de la catedral son impresionantes: longitud 53,35 m, ancho 46,3 m, altura 44,18 m, diámetro de la cúpula 11,4 m, y el área del edificio es de 1254,6 m². Las paredes están decoradas con patrones de piedra.

La catedral fue construida con ladrillo rojo proveniente de las fábricas de los príncipes Golitsyn y Tupitsin. La calefacción era proporcionada por estufas de calor de Bélgica. La familia Osipov hizo una contribución significativa a la construcción. Los marcos fueron fabricados por el maestro Svetnikov, y los productos metálicos, por I. M. Peretyagin. Las íconos para el iconostasio fueron pintadas por el artista moscovita Shvarev, y el propio iconostasio fue fabricado por el maestro A. S. Ryakin. La consagración de la catedral tuvo lugar el 16 de junio de 1916. Los primeros sacerdotes, Dmitry Ovechkin y Peter Alexeyev, fueron fusilados en la época soviética.

Los servicios en la catedral se llevaron a cabo hasta 1927, después de lo cual fue cerrada por decisión del Comité Ejecutivo del Óblast de los Urales en 1930. El edificio fue utilizado para diversas necesidades: museo local, talleres, estación de autobuses y gimnasio. Los incendios y la falta de supervisión llevaron a la destrucción del campanario. Desde 1979 hasta 1984 se llevó a cabo una restauración parcial, pero luego la catedral permaneció desocupada y se deterioró.

En 2000 comenzó la discusión sobre la restauración de la catedral. En 2003, el Obispo de Perm y Solikamsk, Irinarkh, bendijo los trabajos de restauración. Se realizaron reparaciones en el techo, instalación de cruces, fabricación del iconostasio y conexión de servicios. La consagración de la catedral tuvo lugar el 30 de mayo de 2004, y volvió a recibir feligreses. En 2006-2007, los trabajos continuaron: fortalecimiento de los cimientos, acristalamiento de ventanas, reemplazo de cúpulas. La restauración del templo continúa hasta hoy.