Свято-Троицкий храм в Улан-Удэ был построен в 1770 году из дерева, а в период с 1798 по 1809 годы его перестроили в каменный. Строительство начал купец Василий Пахолков, а завершил купец Афанасий Налетов.

Эта церковь стала третьим каменным храмом в Верхнеудинске после Одигитриевского собора и Спасской церкви. Изначально у неё было два придела. Главный, «холодный», освятили в честь Святой Троицы в 1816 году, а «тёплый», северный придел, посвятили святителю Иннокентию, епископу Иркутскому, в 1818 году. До революции Свято-Троицкая церковь была приписана к Одигитриевскому собору.

После закрытия Одигитриевского собора в 1929 году богослужения перенесли в Свято-Троицкую церковь. В 1930-1931 годах священнослужители столкнулись с серьёзными испытаниями, когда почти всех арестовали по ложным обвинениям в контрреволюционной деятельности.

Несмотря на это, храм продолжал функционировать даже после закрытия многих православных церквей в Бурят-Монголии в 1932 году. Он оставался действующим до 1940 года, так как сюда приходили священнослужители и прихожане из других закрытых церквей города.

После закрытия в 1940 году в здании церкви разместили склад кинопроката. Позже, когда кладбище преобразовали в городской сад, к алтарю храма пристроили танцплощадку. Планировалось создать музей архитектуры Улан-Удэ, но идея не была реализована, и храм начал разрушаться. Даже после постановления Совета Министров Бурятской АССР от 29 сентября 1971 года о государственной охране ситуация не улучшилась.

С весны 1988 года православно-патриотическая община «Спасение» вместе с Бурятским отделением Всероссийского общества защиты памятников и Научно-производственным центром охраны памятников начали ремонт и реставрацию. В 1988 году храм был передан Русской православной церкви по постановлению Совета Министров Бурятской АССР и приказу Министерства культуры Бурятии 1991 года. В 1996 году распоряжением мэра Улан-Удэ В.А. Шаповалова территория бывшего кладбища, ставшая городским садом, была передана Свято-Троицкому храму.