En 1860, après la signature du traité de Pékin, la Russie a obtenu le droit d'ouvrir un consulat dans la capitale de la Mongolie extérieure, Ourga. En 1863, le personnel du consulat est arrivé à Ourga avec une escorte de 20 cosaques. Ils ont construit le bâtiment du consulat et une église orthodoxe en l'honneur de la Sainte Trinité. Le premier service religieux y a été célébré par le prêtre sibérien Ioann Nikolsky le 22 mars 1864, ce qui est considéré comme le jour de la naissance de la paroisse de la Trinité.

Longtemps, le temple n'a pas eu de prêtre permanent, et les services religieux étaient assurés par des prêtres des Missions spirituelles de Transbaïkalie et de Chine, ainsi que de l'Éparchie d'Irkoutsk. Le 4 septembre 1893, le synode a nommé Nikolai Shastin, ancien missionnaire de la Mission spirituelle de Transbaïkalie, comme prêtre de l'église consulaire. Il a servi jusqu'en 1914, après quoi le prêtre irkoutskien Feodor Parnyakov est devenu le prêtre.

En avril 1920, le président de l'église est devenu le colonel M. G. Tornovsky, émigré de Russie. Après son arrestation par les autorités chinoises en novembre 1920, liée à une tentative infructueuse de prise de la ville par la division asiatique d'Ungern-Sternberg, l'église de la Trinité a été pillée par les partisans du Kuomintang, à l'exception des icônes. Après la prise de la ville par Ungern en février 1921, Feodor Parnyakov a été tué après un interrogatoire, soupçonné de liens avec les bolcheviques.

Le fils du premier prêtre du temple, P. N. Shastin, arrivé à Ourga en 1923 après la révolution mongole, est devenu une figure notable de la santé publique en MNR, et sa fille N. P. Shastina, une célèbre mongoliste et traductrice. Depuis 1927, le temple a été fermé à l'utilisation religieuse et a été utilisé à d'autres fins, devenant plus tard un magasin.

Depuis 1996, des prêtres de l'Église orthodoxe russe ont commencé à arriver à Oulan-Bator. La communauté orthodoxe renaissante était desservie par l'Éparchie de Tchita. Le 19 janvier 1998, le prêtre Anatoly Fesechko, nouveau prêtre de la paroisse de la Sainte Trinité, est arrivé à Oulan-Bator. Le 29 décembre 1997, la société russe OAO « Vneshintorg » a transféré le bâtiment sur le territoire de son bureau commercial, situé en face de l'ancienne église, à l'usage de l'Église orthodoxe russe.

Le 8 juillet 2001, le métropolite Kirill (Goundiaev) a consacré la pierre angulaire du nouveau temple en l'honneur de la Sainte Trinité. En 2005, le prêtre Alexei Trubach est devenu le prêtre de la paroisse, et en septembre 2006, il a discuté avec le président du pays, Nambaryn Enkhbayar, de la question de l'autorisation de construire un véritable temple orthodoxe dans la capitale.

Le 21 juin 2009, lors de la Semaine de tous les saints, le temple restauré a été consacré par l'évêque de Yegoryevsk, Marc (Golovkov), secrétaire du Patriarcat de Moscou pour les institutions à l'étranger. À l'entrée du temple se trouvent des images iconographiques d'Alexandre Nevski, Dmitri Donskoï, Serge de Radonège, saints russes liés à l'histoire des relations russo-mongoles, ainsi que le premier saint mongol, Pierre d'Orda.