La iglesia fue construida entre 1841 y 1844 según el proyecto del arquitecto provincial Karl Tursky y fue consagrada por el obispo de Tomsk y Yeniseisk, Afanasio. Los fondos para la construcción fueron proporcionados por la comunidad de creyentes de Tomsk, y el principal donante y benefactor fue el viejo creyente P. I. Pozdeev.

Más tarde, se añadieron dos capillas a la iglesia: la del norte en honor al santo mártir Haralampio de Magnesia y la del sur en honor al gran mártir Dimitri de Salónica. En la iglesia funcionaban dos escuelas de una clase: la masculina de la Resurrección y la femenina. A principios del siglo XX, el comerciante N. Tikhonov creó un jardín alrededor de la iglesia.

En agosto de 1937, el obispo Serafim (Shamshin) fue arrestado y fusilado el 17 de septiembre. Los bolcheviques hicieron un alboroto en la iglesia, destruyendo íconos, libros y archivos. La iglesia dejó de funcionar efectivamente el 27 de septiembre de 1937 por decisión del consejo de la ciudad de Tomsk, y la orden oficial de cierre llegó el 8 de febrero de 1940. Para entonces, todas las iglesias de la diócesis de Tomsk habían sido cerradas, y esta dejó de existir. Para 1938, no funcionaba ninguno de los 41 edificios de oración en la ciudad.

En la iglesia de la Trinidad se estableció un almacén de Zagotzerno, luego la oficina de la columna de automóviles 'Sibkhoztrasa'. Los utensilios de la iglesia fueron entregados a un fondo estatal o desechados, y los libros e íconos fueron quemados. El edificio sufrió daños: las cruces fueron derribadas, las paredes de la capilla del sur estaban medio destruidas, y las puertas, pisos y marcos de ventanas fueron arrancados.

Después de la guerra, en 1945, se permitió reabrir la iglesia de la Trinidad. Se logró restaurarla con fondos del pueblo. Se trajo un iconostasio del siglo XVIII de la iglesia del pueblo de Zorkaltsevo. La cruz restaurada en el campanario fue decorada con espejos en lugar de oro, que se han conservado hasta hoy. El 15 de febrero de 1946, la iglesia fue nuevamente consagrada según el rito ortodoxo y dejó de ser de creyentes.

Hasta principios de la década de 1990, la catedral de San Pedro y la iglesia de la Trinidad siguieron siendo las únicas iglesias ortodoxas en funcionamiento en Tomsk.

Hoy en día, en la iglesia funcionan una escuela dominical y una biblioteca. En su territorio se encuentra un monumento funerario del conocido empresario y mecenas tomskense E. I. Korolev.