El templo fue fundado en 1684 en el lugar de la quemada iglesia de madera de la Trinidad. Los fondos para su construcción se recaudaron de todos, pero no fueron suficientes para completarlo. Los ciudadanos decidieron pedir ayuda a los gobernantes. En 1688, por orden de Iván y Pedro Alekseevich y la zarina Sofía Alekseevna, se asignaron 200 rublos del tesoro, tomados de los ingresos de las aduanas y tabernas de Usolye. Esta suma significativa permitió finalizar la construcción y adornar el templo. En 1697, la catedral de la Trinidad fue consagrada.

En memoria de la donación real, se insertó en la pared sur del templo un azulejo con la imagen del águila bicéfala, y en la fachada occidental se colocó más tarde una corona imperial de ladrillo. Actualmente, solo se ha conservado la corona, ya que el azulejo fue destruido en 1918 como símbolo del poder real.

La arquitectura del templo se ha conservado casi en su totalidad, excepto por uno de los pórticos. Antes había tres, pero ahora en el lugar del pórtico sur solo queda una puerta. Todos los demás elementos, como los detalles de las construcciones de madera hábilmente realizados en ladrillo, el ornamento de escarabajos, las pesas colgantes y los azulejos vidriados, se pueden ver hoy en día. El interior del templo, incluidos los iconostasios y las pinturas murales, no se ha conservado, solo quedan fotografías de 1911.

Con la llegada del poder soviético, el templo fue cerrado, pero se salvó de la destrucción porque el edificio fue entregado a un museo. En 1929, en Solikamsk, la sociedad de estudios locales creó un museo, y tras una solicitud al comité ejecutivo del distrito, recibió la catedral de la Trinidad para albergar exposiciones. Un año después, el museo ya mostraba la historia de la ciudad por su 500 aniversario.

Durante la Gran Guerra Patria, en la catedral de la Trinidad se almacenaron valores evacuados de los museos de Moscú, Leningrado y las ciudades del sur de Rusia. Fueron escondidos en cajas, cuidadosamente cerradas y numeradas. Nadie en Solikamsk sabía que cerca estaban los tesoros del Museo Ruso, acuarelas de Lermontov y valores teatrales del museo Bakhrushin. Todo esto estaba oculto tras las paredes de la catedral.