Lors de l'assemblée diocésaine du clergé de l'évêché de Kamchatka, le 9 août 1999, il a été décidé de construire une cathédrale, et le projet de l'architecte Oleg Loukomski a été approuvé. La construction a commencé en septembre 2001. En juin 2002, le jour de la Sainte Trinité, une capsule en acier contenant les reliques des saints martyrs Antoine, Eustache et Jean, ainsi qu'un acte de fondation, a été scellée dans les fondations de l'église. Les travaux de construction principaux ont été achevés en septembre 2010. Pour la peinture de la cathédrale, des maîtres iconographes de Volgodonsk et de Serguiev Possad ont été invités sous la direction d'Alexandre Tanichev, membre de l'Union des artistes de Russie. La peinture a été réalisée dans le style ancien russe avec des couleurs minérales, ce qui garantit la durabilité des fresques. En tout, environ 200 personnages bibliques et évangéliques ont été représentés. L'iconographie a été réalisée par l'architecte et iconographe Igor Miassnikov. Le 19 septembre 2010, le patriarche de Moscou et de toute la Russie, Kirill, a consacré la cathédrale, offrant une icône de sainte Matrona de Moscou et une partie de ses reliques. En 2015, le chapelle d'Artemy Verkolski a été consacrée.

Selon le projet, la partie inférieure de l'église deviendra une salle de concert. Il est prévu d'y peindre des scènes de l'histoire du christianisme en Kamchatka, à partir des premiers missionnaires et des événements historiques significatifs, tels que la victoire sur l'escadre anglo-française en 1854. Sur les murs de la salle sera représentée toute l'histoire de la Kamchatka.

Au départ, la construction était financée par des dons de paroissiens, de particuliers, y compris Vladimir Poutine et le patriarche Alexis II, de personnes morales et de fonds de charité. Plus tard, le financement du projet a été pris en charge par la société Gazprom.