Храм, посвященный Святой Троице, был возведен в 1835 году благодаря усилиям прихожан всего города. В храме расположены три престола: главный, в честь Святой Троицы, освящен в 1842 году; в южном приделе, престол в честь Успения Божией Матери, освящен в 1838 году; в северном приделе, престол во имя Архистратига Михаила, освящен в 1846 году.

В 1771 году Святейший Синод запретил хоронить умерших при церквях в черте города, предписав выделять для этого отдельные кладбища на расстоянии не ближе ста саженей от городской черты и строить при них церкви. Кладбища следовало ограждать плетнем, забором или земляным валом. Вероятно, кладбище, на котором стоит церковь, появилось после того, как Ирбитская слобода получила статус города в 1775 году.

В 1835 году на ирбитском кладбище была построена каменная трехпрестольная церковь во имя Святой Троицы, финансируемая прихожанами Богоявленского собора и Сретенской церкви. Она была огорожена каменной оградой с восточной, северной и частично южной сторон, остальная часть ограды была деревянной.

Внутри храма над входом находятся две мемориальные доски. На первой написано: "1872 года сiя церковь украшена старанiем старосты Михаила Матвеевича Налимова". На второй: "1906 года сiя церковь украшена старанiем старосты Петра Васильевича Шипицина". В эти годы храм украшался и снабжался необходимыми книгами, иконами и церковной утварью. Сейчас здесь можно увидеть старинные иконостасы с резьбой, иконы и книги: евангелия 1730, 1786, 1833, 1868 годов, требное евангелие 1900 года и другие старинные издания.

Иконостасы храма были изготовлены в мастерской Кожевниковых в Екатеринбурге, где работало более 30 мастеров. Мастерская изготавливала иконостасы, киоты, аналои и рамы в различных стилях и занималась позолотой. В год она производила до шести иконостасов. Иконостасы ирбитского храма были созданы в 1909 году.

Центральный иконостас содержит 18 икон, включая 6 образов в царских вратах. В нижнем ряду расположены иконы Пресвятой Троицы, святых пророков и мучеников. Иконостас успенского придела включает 11 икон, в верхнем ряду находятся иконы Господа Вседержителя и других святых. Иконостас придела Архистратига Михаила также содержит 11 икон, в верхнем ряду, иконы Тайной Вечери и святых.

В храме находятся иконы Божией Матери и других святых, а также частица мощей святой праведной Иулиании Ольшанской. Часть церковной утвари была приобретена на фабрике Андрея Захряпина, известной своими бронзовыми и серебряными изделиями. Старые колокола храма были куплены на заводе купца Гилева в 1907 году. Завод отливал колокола для различных регионов и существовал до 1917 года.