Le 7 mars 1905, l'archevêque Agafodor s'est adressé au chef de la région de Kouban pour demander un terrain pour la construction d'une église dans le village d'Armavir. En 1908, l'administration de la volost a donné la permission de construire à condition de collecter au moins 30 000 roubles. Le 12 décembre 1910, un document intitulé « Décision de l'assemblée villageoise d'Armavir » a été signé par 62 participants, où un terrain a été désigné pour la construction du temple. L'emplacement a été choisi à l'intersection des rues Koutorskaya et Malominskaya (aujourd'hui les rues S. Razin et Lounatcharsky) dans un quartier modeste, loin du centre.

À partir du 28 mai 1912, des travaux de projet ont commencé sous la direction de l'architecte G. I. Akopjanov. La construction a été dirigée par le prêtre Leonid Dmitrievsky. Le 3 août 1912, la pose de la maison de prière au nom de la Sainte Trinité a eu lieu. Au 2 septembre 1914, les travaux extérieurs étaient terminés. En 1915, sur fond de montée des sentiments patriotiques, les dons ont augmenté, et l'architecte a conçu un temple au lieu d'une maison de prière. Le 28 avril 1916, la construction du temple a été achevée, et le 26 mai 1916, il a été consacré.

Le premier recteur de la cathédrale de la Sainte Trinité, le 7 novembre 1916, était le prêtre Alexandre Ukolov, qui a été fusillé pendant la guerre civile. Dans les années 1930, parmi les cinq églises en activité à Armavir, seule la Sainte Trinité a survécu, les autres ayant été détruites. Cependant, même dans celle-ci, les autorités ont organisé un entrepôt.

Une étape significative dans l'histoire de la cathédrale est liée au recteur Leonid Dmitrievsky, qui a servi dans le temple de 1942 à 1950. Le temple a repris son activité pendant l'occupation allemande. Après la libération d'Armavir le 24 janvier 1943, le père Leonid a organisé une collecte de dons pour l'Armée rouge et a effectué une reconstruction et une réparation majeure du temple. Il a été décoré de la médaille « Pour le travail courageux pendant la Grande Guerre patriotique ». En 1950, le recteur est devenu le protodiacre Alexandre Volkanovitch, et en 1956-1957, le prêtre Georgy Stroyev. Le recteur Mikhaïl Samoïlenko a servi dans le temple de 1964 à 1985.

Depuis 1991, le recteur est le candidat en théologie protodiacre Sergiy Tokar, archiprêtre des églises du district d'Armavir. En 1993, l'Institut social orthodoxe d'Armavir a été créé au sein du temple. En 1995, l'église de la Sainte Trinité a obtenu le statut de cathédrale.