L'église de la Sainte Trinité était l'une des premières églises temporaires, la quatrième après la cathédrale de l'Assomption, l'hôpital de la Résurrection et l'église cosaque de Nicolas. Elle a été construite et consacrée en 1740 pour le régiment de Penza, puis en 1745, elle a été transférée de Samara à Orenbourg, qui est devenu le centre de l'administration de la région d'Orenbourg en 1743. En 1744, l'église est devenue militaire pour le bataillon du régiment de Nijni Novgorod, transféré de Oufa. Initialement en bois, elle a été reconstruite en pierre entre 1781 et 1786. Parmi les quatre premières églises, seule l'église de la Trinité a survécu jusqu'à l'époque soviétique. Les autres ont cessé d'exister : l'église de l'Assomption a été remplacée par la cathédrale en pierre de l'Entrée en 1758, l'église de Nicolas a brûlé en 1786, et l'église de la Résurrection a été démontée en raison de sa vétusté et remplacée par l'église de la Croix en 1770.

La construction de l'église en pierre de la Trinité a commencé en 1774 avec des fonds publics et des dons des habitants en mémoire de la libération d'Orenbourg du siège par les troupes de Pugachev. En raison d'un manque de fonds après un long siège, la construction a duré huit ans, et l'église a été consacrée en 1783. Le bâtiment a souffert à plusieurs reprises des incendies de la ville, notamment en 1786 et 1879. Le clocher a été ajouté en 1807, et en 1828, deux chapelles ont été ajoutées : la droite en l'honneur de l'Assomption de la Sainte Vierge et la gauche au nom de saint Nicolas le Thaumaturge, en mémoire des églises disparues de l'Assomption et de Nicolas. L'autel principal était dédié à la Sainte Trinité.

En 1876, grâce aux fonds du doyen Grigori Pojarski, l'église a été entourée d'une clôture en fonte avec des piliers en pierre et des portes. Après l'incendie de 1879, l'église a été restaurée grâce aux dons collectés par les paroissiens et par souscription dans différentes villes. Le marchand Ivan Shibaev et les serviteurs de l'église, y compris le recteur Matvei Lyubochestnov, ont activement participé à la collecte de fonds. Les marchands Zaryvnov, Moshkov, Vanyushin, Ryzhkov et les frères Sachkov, ainsi que Mikhail Motalyev, ont fait des contributions significatives. Grâce aux fonds de Vasily Myakin'kov et Ivan Sachkov, un iconostase doré avec 22 icônes a été créé, dont quatre ont été réalisées par l'école académique de peinture de Moscou. L'église a été consacrée le 21 mars 1882. Elle était ornée de dômes et de croix dorés, et des arbres et des lilas poussaient autour. Des citoyens honorés étaient enterrés près de la clôture.

Après la restauration, l'église pouvait accueillir jusqu'à mille cinq cents personnes. Elle se trouvait sur une petite place près des poissonneries et de la maison de la princesse Imeretinskaïa. Le côté sud donnait sur la rue Nepluyevskaya, en face de laquelle se trouvaient des établissements d'enseignement pour femmes. En 1892, les paroissiens ont construit une chapelle sur le marché avec cinq dômes en mémoire du sauvetage de la famille impériale en 1888. Il y avait également une maison avec des appartements pour les nécessiteux.