Les bâtiments de la cathédrale, qui sont les plus anciens édifices en pierre d'Ust-Sysolsk, ont été érigés avant que le village n'obtienne le statut de ville, à l'emplacement des anciennes églises en bois. La première église, l'église de la Protection, a été construite sur les rives de la Sysola, avec des travaux commençant en 1733. En 1753, la construction d'une autre église en pierre, l'église de la Trinité, a débuté à proximité, consacrée en 1768 et dotée de deux autels. Avec le clocher, construit plus tard, ces églises formaient un ensemble unique de la cathédrale de la Trinité, comprenant les églises de la Protection et de la Trinité. Elles se trouvaient à l'endroit où la rue de la Protection (aujourd'hui rue Ordzhonikidze) menait à la rive de la Sysola et se heurtait aux portes de l'église de la Protection, ce qui a donné son nom à la rue.

La construction de tels grands édifices en pierre était une tâche complexe. Ust-Sysolsk ne comptait pas de maîtres locaux, c'est pourquoi des équipes de maçons spécialisés étaient invitées pour ériger les bâtiments en pierre. Les maçons de Veliky Ustyug, réputés pour leur savoir-faire dans le Nord, ont été invités pour construire les églises d'Ust-Sysolsk. Ces maîtres d'Ustyug avaient leur propre style, développé au fil des décennies, caractérisé par des constructions en forme de tours et un profil multi-niveaux des bâtiments, se terminant par de délicates coupoles sur de fines tiges. C'est dans ce style que la cathédrale de la Trinité a été construite.

La photographie du début du XXe siècle montre l'église de la Protection d'Ust-Sysolsk, avec l'église de la Trinité visible à droite. Au-dessus du bâtiment rectangulaire principal avec un toit à quatre pentes s'élève un cube, sur lequel sont superposés trois tambours polygonaux de taille décroissante, des octogones, se terminant par une petite coupole. L'église de la Protection avait un aspect plus simple, car sa construction a été réalisée en deux étapes, ce qui a déformé le projet initial.

Au milieu du XIXe siècle, les principales églises d'Ust-Sysolsk avaient perdu leur apparence ornée. Le temps ne leur a pas été clément, et les temples étaient visiblement délabrés, nécessitant des réparations. Les sols avaient pourri à tel point qu'ils menaçaient l'effondrement de l'autel. Cependant, le principal danger pour la cathédrale ne provenait pas des sols pourris. D'un point de vue technique, l'emplacement des églises de la Trinité et de la Protection était mal choisi. Les bâtiments massifs pesaient sur la rive molle de la rivière, qui était également érodée par des sources souterraines, et glissaient progressivement vers le bas. Autrefois, l'entrée de l'église depuis la rue de la Protection était entièrement visible, mais à la fin du XIXe siècle, seul un petit fenêtre au-dessus des portes restait visible. Des fissures étaient apparues dans les murs, que l'on tentait de maintenir avec des équerres en fer, et les fondations se détérioraient.

En raison du risque d'effondrement, il était interdit de sonner la grande cloche du clocher. Déjà dans les années 1840, la question du renforcement de la rive avait été soulevée, mais les travaux prescrits par les membres de la commission de construction de Vologda n'ont jamais été réalisés.

Plus tard, plusieurs tentatives ont été faites pour renforcer la rive en enfonçant des pieux, mais elles se sont révélées infructueuses. La cathédrale n'a pas survécu jusqu'à nos jours, elle a été détruite dans les années 1930, durant la période de lutte active contre la religion.