En 1838, la supérieure du monastère de Nikolaïevski à Starotorg, l'abbesse Thaïs, décida de construire un temple en pierre, la cathédrale de la Sainte Trinité. Le projet initial fut élaboré par l'ingénieur Lvov, membre de la commission de construction de la province. Ensuite, les plans furent considérablement retravaillés par la Commission des projets et des estimations de la Direction générale des voies de communication et des bâtiments publics de Saint-Pétersbourg pour améliorer l'architecture. L'entrepreneur était un paysan de la province de Nijni Novgorod, Pavel Guryanovich Trukhin. La construction dura de 1839 à 1859. La cathédrale avait trois autels : en l'honneur de la Sainte Trinité Vivifiante, de la Protection de la Mère de Dieu et de saint Nicolas le Miraculeux.

Au début de 1919, le monastère fut fermé et ses bâtiments abritèrent un orphelinat, qui exista jusqu'en 1962. En 1936, la cathédrale perdit ses croix et ses quatre dômes. Dans ses locaux, on installa la deuxième centrale électrique à vapeur de la ville, qui fonctionna à partir de 1939. Après l'intégration de Galitch au réseau énergétique national en 1963, la centrale fut fermée, et dans le bâtiment de la cathédrale, une chaufferie pour l'école pédagogique fut aménagée. À l'époque soviétique, les petits dômes de la cathédrale furent détruits, et le bâtiment lui-même fut enseveli sous les débris et la saleté.

Dans les années 1990, la restauration de la cathédrale commença, au cours de laquelle les petits dômes furent restaurés, mais les travaux ne furent pas achevés, et la cathédrale ne fut pas restituée à l'Église. Le 8 février 2017, des entrepreneurs, des représentants de l'administration municipale et du clergé examinèrent la cathédrale pour discuter des travaux de restauration. Le financement était assuré dans le cadre du projet « Mémoire historique », supervisé par Mikhaïl Kozlov, membre du Conseil de la Fédération de la région de Kostroma.

Le 25 février 2017, l'évêque de Galitch et de Makaryev, Alexeï Elisseïev, célébra une prière d'eau pour la restauration et le début des travaux de restauration. À ce moment-là, des échafaudages avaient été installés autour de la cathédrale et le démontage des constructions modernes qui gênaient la restauration avait commencé. Les travaux étaient financés par le programme fédéral « Culture de Russie, Mémoire historique ». Début mai, après la fin de la saison de chauffage, le démontage de la chaufferie commença, ce qui permit aux entrepreneurs de poursuivre les travaux de finition et d'installer les planchers. Fin mai, le démontage fut achevé et les travaux à l'intérieur de la cathédrale continuèrent.

En juin, le dorure des dômes commença avec du nitrure de titane. Au 17 juillet, quatre petits dômes étaient dorés, puis le central. Le 31 juillet, les « Nouvelles de Galitch » notèrent que la cathédrale, débarrassée des « excroissances » soviétiques et élevée du sol, semblait immense et lumineuse. Le 9 août 2017, des croix dorées, fabriquées à Saint-Pétersbourg, furent installées sur les dômes. Après cela, les travaux d'aménagement de l'espace intérieur de la cathédrale commencèrent. Sur les murs, des taches de mazout, restées depuis l'époque soviétique, apparurent. En août 2018, le montage des blocs de fenêtres et de portes en mélèze fut achevé, et des grilles furent installées aux fenêtres.