La première mention de l'église de la Trinité dans les documents d'archives date du 20 mars 1782, lorsque l'évêque de Viatka et de Velikoperm, Lavrenti, a donné sa bénédiction pour la transformation de la chapelle funéraire, située à l'emplacement de la cathédrale actuelle de Mikhaïlov, en église de la Trinité. Ce jour peut être considéré comme le jour de la naissance du temple. En 1784, un nouveau bâtiment en bois de l'église a été construit. Cependant, en 1810, un incendie a détruit de nombreuses constructions dans la partie haute du village, y compris l'église funéraire. Après cela, le cimetière a été déplacé au-delà de la limite est du village, dans un endroit éloigné, près d'un autre village.

En 1814, selon le projet de l'architecte Semion Emelianovitch Doudine, un temple en pierre de style classique a été construit avec des fonds de l'État, consacré en novembre de la même année au nom de la Sainte Trinité. Ici, étaient enterrés des artisans, des fonctionnaires et des marchands, et Doudine lui-même a trouvé le repos ici. Les mérites architecturaux de l'église ont été notés dans le magazine moscovite « Vesti Europe » en 1817.

De 1852 à 1857, une cloche a été ajoutée au temple selon le projet de l'architecte I.T. Kokovikhin. En 1912-1914, à l'occasion du centenaire de l'église, une cloche à trois niveaux a été érigée selon le projet de l'architecte provincial I.A. Charouchine.

L'église de la Trinité et ses paroissiens ont activement aidé les nécessiteux. Par exemple, en 1922, pendant la famine, à l'occasion de la fête de la Nativité du Christ, une collecte de fonds pour les affamés a été organisée dans les églises d'Ijevsk, et seulement dans l'église de la Trinité, 82 650 roubles ont été collectés.

À la fin de 1937, tout le clergé de la cathédrale de la Trinité à Ijevsk a été arrêté, et la cathédrale a été fermée. Le prêtre Trofim Mikhaïlovitch Sterkhov a été arrêté le 11 septembre et condamné à mort le 2 novembre. L'igoumène Iakov Bashkov a été arrêté le 27 octobre, condamné à la peine capitale le 5 novembre et fusillé le 29 novembre. Le 17 décembre, le recteur, le protodiacre Andreï Viktorovitch Volkova et le protodiacre Stefan Azhgikhine ont été arrêtés, condamnés à la peine capitale le 24 décembre, tandis que le prêtre Dmitri Hippolitovitch Zamiatin a reçu 10 ans de camp et est mort dans le camp le 17 avril 1938.

En 1938, les paroissiens ont lutté contre la décision des autorités de fermer et de démolir le temple. La décision de démolition a été prise le 3 février, mais grâce à une pétition à Moscou, le processus de fermeture a été suspendu. Les autorités ont promis que la construction d'un stade et d'un parc ne toucherait pas les sépultures. En fin de compte, le temple a été fermé seulement le 3 octobre 1938, mais la démolition n'a jamais eu lieu. Pendant la guerre, un four à pain a fonctionné dans le bâtiment de l'église. En octobre 1945, le temple a été restitué à la communauté, et il nécessitait des réparations majeures. Le premier service a eu lieu le 17 mars 1946, et la consécration de l'autel principal a eu lieu le 12 septembre 1946. Jusqu'en 1994, le temple a servi de cathédrale pour l'éparchie d'Ijevsk.

De 1985 à 1991, selon le projet de l'architecte S.A. Makarov, une cloche à un niveau et des annexes ont été construites, ainsi qu'une église de baptême. En 2000, un nouveau temple a été construit sur le territoire de la cathédrale en l'honneur du grand martyr Panteleïmon. Le 13 mai 2018, le métropolite Viktorine a consacré la chapelle recréée en l'honneur de la sainte grande martyre Catherine. Ce même jour, les restes d'environ 2 500 personnes, précédemment enterrées au cimetière de la Trinité, ont été réinhumés.

Depuis 2000, la cathédrale continue d'être embellie : l'intérieur a été aménagé, des pelouses ont été créées, un plan d'eau avec une fontaine et une colline alpine pour le repos des paroissiens a été aménagé.