En 1860, tras la firma del Tratado de Pekín, Rusia obtuvo el derecho a abrir un consulado en la capital de Mongolia Exterior, Urga. En 1863, llegó al consulado un personal con un convoy de 20 cosacos. Construyeron el edificio del consulado y una iglesia ortodoxa en honor a la Santísima Trinidad. El primer servicio religioso fue celebrado por el sacerdote de Transbaikalia, Iván Nikolsky, el 22 de marzo de 1864, lo que se considera el día de nacimiento de la parroquia de la Trinidad.

Durante mucho tiempo, el templo no tuvo un rector permanente, y los servicios fueron realizados por sacerdotes de las Misiones Espirituales de Transbaikalia y China, así como de la diócesis de Irkutsk. El 4 de septiembre de 1893, el sínodo nombró a Nikolai Shastin, un ex misionero de la Misión Espiritual de Transbaikalia, como rector de la iglesia consular. Sirvió hasta 1914, después de lo cual el rector fue el sacerdote irkutense Feodor Parnyakov.

En abril de 1920, el anciano de la iglesia fue el coronel M. G. Tornovsky, quien había emigrado de Rusia. Tras su arresto por las autoridades chinas en noviembre de 1920, relacionado con un intento fallido de asalto a la ciudad por parte de la división asiática de Ungern-Sternberg, la iglesia de la Trinidad fue saqueada por los gomin danistas, excepto por los íconos. Después de la captura de la ciudad por Ungern en febrero de 1921, Feodor Parnyakov fue asesinado tras un interrogatorio por sospechas de vínculos con los bolcheviques.

El hijo del primer rector del templo, P. N. Shastin, llegó a Urga en 1923 tras la Revolución Mongola y se convirtió en una figura destacada en el ámbito de la salud en la MNR, mientras que su hija N. P. Shastina se hizo conocida como mongolista y traductora. Desde 1927, el templo fue cerrado para el uso religioso y se utilizó para otros fines, convirtiéndose más tarde en una tienda.

Desde 1996, sacerdotes de la Iglesia Ortodoxa Rusa comenzaron a llegar a Ulán Bator. La comunidad ortodoxa en renacimiento fue atendida por la diócesis de Chita. El 19 de enero de 1998, llegó a Ulán Bator el protoiereo Anatoliy Fesechko, nuevo rector de la parroquia de la Santísima Trinidad. El 29 de diciembre de 1997, la empresa rusa OAO 'Vneshintorg' cedió el edificio en el territorio de su representación comercial, ubicada frente a la antigua iglesia, para el uso de la Iglesia Ortodoxa Rusa.

El 8 de julio de 2001, el metropolitano Kirill (Gundyaev) bendijo la piedra angular del nuevo Templo en honor a la Santísima Trinidad. En 2005, el sacerdote Alexey Trubach se convirtió en el rector de la parroquia, quien en septiembre de 2006 discutió con el presidente del país, Nambaryn Enkhbayar, la cuestión de obtener permiso para construir un templo ortodoxo completo en la capital.

El 21 de junio de 2009, en la Semana de todos los santos, el templo restaurado fue consagrado por el obispo de Egoryevsk, Mark (Golovkov), secretario del Patriarcado de Moscú para instituciones en el extranjero. A la entrada del templo se encuentran imágenes iconográficas de Alexander Nevsky, Dmitry Donskoy, Sergius de Radonezh, santos rusos relacionados con la historia de las relaciones ruso-mongolas, así como del primer santo mongol, Pedro Ordynsky.