A principios del siglo XVIII, el monasterio de la Trinidad estaba en un estado de abandono. El metropolitano Filofei, mostrando un cuidado especial por el monasterio, decidió ponerlo en orden y hacerlo más majestuoso. En Tyumen había pocos exiliados, especialmente albañiles, solo seis personas, cuatro de los cuales construían la catedral de la Anunciación. Por lo tanto, se comenzó a atraer a los habitantes locales para la construcción de la iglesia.

El 12 de junio de 1709, el emperador Pedro I ordenó destinar mil rublos del tesoro de Tobolsk para la construcción de la iglesia, sin contar el hierro para el techo. Gracias a estos fondos, fue posible contratar trabajadores. El gobernador, el príncipe Gagarin, también ayudó al metropolitano, enviando albañiles y ladrilleros de Verkhoturye y Soli Kamskaya, así como herreros y carpinteros.

En el séptimo año de su estancia en Siberia, el metropolitano Filofei cayó gravemente enfermo. En 1709, tomó el esquema con el nombre de Teodoro y se retiró a descansar en el monasterio de la Trinidad. Hasta la llegada del metropolitano de Tobolsk, Juan Maximovich, el 14 de agosto de 1711, Filofei administró la diócesis desde el monasterio. El esquimónaco Teodoro continuó dirigiendo la construcción de la catedral. A pesar del decreto de Pedro I del 9 de diciembre de 1714, que prohibía la construcción de piedra en las ciudades, excepto en San Petersburgo, los trabajos en la abadía de Tyumen continuaron. Los nombres y la ubicación de los altares cambiaron, pero la parte central, la de la Trinidad, permaneció tal como la había concebido el santo Filofei.

La catedral fue completada en 1715, y el esquimónaco Teodoro solicitó al santo Juan una carta de bendición para su consagración. La carta fue recibida, y la catedral fue consagrada el 3/16 de junio de 1715. La catedral de la Trinidad, de dos pisos y cinco cúpulas, se convirtió en una verdadera joya del monasterio. En el interior, el templo estaba decorado con magníficos iconostasios, brillando con dorado y colores vivos. Los íconos fueron pintados por maestros monjes invitados de Kiev. El primer iconostasio sirvió durante un siglo y medio. La capilla de la Transfiguración también tenía un hermoso iconostasio, que se conservó hasta la década de 1920. No se han conservado datos sobre la pintura de las paredes de la catedral.

La catedral de la Trinidad fue cerrada el 11 de agosto de 1923. A pesar de los cambios, los antiguos feligreses esperaban la reanudación de los servicios religiosos. En 1925, crearon la comunidad de la catedral de la Trinidad, pero las solicitudes para llevar a cabo servicios religiosos y transferir utensilios de la iglesia fueron rechazadas. Después de 1927, no se hicieron intentos de reanudar la vida de oración.

El 22 de febrero de 1995, el Santo Sínodo decidió revivir el monasterio de la Trinidad. El 2 de septiembre de 1995, los obispos Basilio Rodzianko y Dimitri visitaron la catedral, expresando su confianza en su renacimiento. El 7 de marzo de 1996, se elaboró un informe sobre el estado de la catedral, indicando la necesidad de importantes trabajos de reparación.

El 10 de diciembre de 1996, la catedral fue transferida a la diócesis de Tobolsk-Tyumen. El primer servicio en la capilla de la Asunción tuvo lugar el 28 de agosto de 2001, después de lo cual se volvieron regulares.

El 16 de noviembre de 2001, el gobernador de la región de Tyumen, S.S. Sobyanin, visitó la catedral y prometió ayuda en su restauración. En 2002, comenzaron los trabajos en la capilla principal, y el 29 de noviembre de 2002, se inició la instalación del iconostasio. El 17 de marzo de 2003, continuaron los trabajos de su instalación.

El 15 de junio de 2003, el arzobispo Dimitri celebró el primer servicio en la catedral en 80 años. El 28 de noviembre de 2005, se instalaron nuevas cúpulas doradas.

En febrero de 2014, la catedral fue cerrada para una restauración capital.