La cathédrale de la Sainte-Trinité de Velsk, ayant trois autels, a été construite au milieu du XVIIIe siècle et a ensuite été plusieurs fois reconstruite dans le style néoclassique du début du XIXe siècle. Architectoniquement, c'était un carré à deux niveaux avec deux absides dans le chœur, couronné d'un décor à cinq dômes, d'une salle à manger et d'un clocher à trois niveaux avec un flèche. Les autels étaient consacrés à la Sainte Trinité, à l'icône de la Mère de Dieu « Tolgu » et aux saints Athanase le Grand et Jean le Miséricordieux.

Parmi les reliques de l'église, on mentionnait un Évangile manuscrit, offert en 1557 à l'église de Nicolas par Vassili Parféniev. La deuxième église cathédrale, l'église de la Transfiguration de Velsk, a été construite en 1913. Ses autels sont dédiés à la Transfiguration du Seigneur, à l'archidiacre Étienne et au saint Séraphin de Sarov.

Trois temples étaient associés à la cathédrale : l'église funéraire de l'Assomption, construite entre 1795 et 1802 et qui a survécu jusqu'à nos jours ; l'église funéraire de Nicolas, érigée en 1908 et aujourd'hui disparue ; ainsi que l'église de la Protection, construite en 1898 dans le village d'Ovsyanikovskaya, dans le district de Ust-Velsk (aujourd'hui le village de Pokrovskoye).

La cathédrale de la Sainte-Trinité a été fermée dans les années 1930 et complètement détruite d'ici les années 1950. Aujourd'hui, à sa place se trouve le bâtiment de l'ancien comité de district, où se trouve actuellement le bureau du procureur, et une route passe à cet endroit.