Le temple a été fondé en 1684 à l'emplacement de l'ancienne église en bois de la Trinité qui avait brûlé. Les fonds pour sa construction ont été collectés par toute la communauté, mais ils n'étaient pas suffisants pour l'achever. Les habitants ont décidé de s'adresser aux autorités pour demander de l'aide. En 1688, par décret de Jean et Pierre Alexeïevitch et de la tsarine Sophie Alexeïevna, 200 roubles ont été alloués du trésor, provenant des revenus des douanes et des tavernes d'Usolye. Cette somme considérable a permis d'achever la construction et de décorer le temple. En 1697, la cathédrale de la Trinité a été consacrée.

En mémoire du don royal, un carreau avec l'image de l'aigle à deux têtes a été inséré dans le mur sud du temple, et plus tard, une couronne impériale a été construite en briques sur la façade ouest. Aujourd'hui, seule la couronne est restée, car le carreau a été détruit en 1918 comme symbole du pouvoir royal.

L'architecture du temple a presque entièrement été préservée, à l'exception d'un des porches. Auparavant, il y en avait trois, mais maintenant, à l'emplacement du porche sud, il ne reste qu'une porte. Tous les autres éléments, tels que les détails en briques finement réalisés des constructions en bois, le motif insecte, les poids suspendus et les carreaux émaillés, peuvent encore être vus aujourd'hui. L'intérieur du temple, y compris les icônostases et les fresques murales, ne s'est pas conservé, seules des photographies de 1911 restent.

Avec l'arrivée du pouvoir soviétique, le temple a été fermé, mais il a été sauvé de la destruction car le bâtiment a été transféré à un musée. En 1929, à Solikamsk, la société des amateurs d'histoire a créé un musée, et après une demande au comité exécutif de district, il a reçu la cathédrale de la Trinité pour y installer des expositions. Un an plus tard, le musée présentait déjà l'histoire de la ville pour son 500e anniversaire.

Pendant la Grande Guerre patriotique, des valeurs évacuées des musées de Moscou, de Léningrad et des villes du sud de la Russie étaient conservées dans la cathédrale de la Trinité. Elles étaient cachées dans des caisses soigneusement fermées et numérotées. Personne à Solikamsk ne savait que des trésors du Musée Russe, des aquarelles de Lermontov et des valeurs théâtrales du musée Bakrouchine se trouvaient à proximité. Tout cela était dissimulé par les murs de la cathédrale.