Dans la ville d'Orel, il n'y avait pas de cathédrale adéquate, ce qui a poussé l'évêque Smaragd à envisager la construction d'une nouvelle église plus spacieuse dans la résidence épiscopale. La cathédrale Borisoglebsky était trop petite et inconfortable, la cathédrale Pierre-et-Paul était constamment en réparation, et la cathédrale de l'Assomption près de la maison épiscopale ne pouvait également pas accueillir tous ceux qui souhaitaient assister aux services épiscopaux. Cependant, après le transfert de l'évêque dans l'éparchie de Riazan en 1858, les plans n'ont jamais été réalisés.

Sous l'évêque Polycarpe (Radkevich) (1858-1867), le 5 juin 1860, la construction d'une cathédrale épiscopale à cinq dômes en briques au nom de la Sainte Trinité a commencé, et elle a été consacrée par l'évêque Juvenali (Karyukov) (1876-1882) le 29 juin 1879. La construction a coûté 200 000 roubles.

La cathédrale a été érigée sur le territoire du jardin supérieur de la maison épiscopale selon le projet de l'architecte N. Efimov. En 1865, l'architecte Maevski, venu pour inspecter l'église de Pokrov qui s'était effondrée, a interdit la construction des voûtes de la cathédrale. À la demande de l'évêque, un projet de dômes en bois a été proposé, qui devaient être plâtrés à l'intérieur et recouverts de fer à l'extérieur.

Dans les années 1930, les bolcheviks ont détruit la cathédrale de la Trinité. Aujourd'hui, il ne reste que les sous-sols sous les absides de l'autel.