Свято-Троицкая церковь на железнодорожной станции «Омск» была построена на средства фонда имени Императора Александра III и Комитета по строительству Сибирской железной дороги. Финансирование также поступило от семьи Баевых, почетного гражданина А. Дерова и анонимных благотворителей. Храм был торжественно освящен 24 ноября 1900 года.

В 1903 году интерьер церкви был окрашен масляной краской, а потолок украшен живописью. Деревянный пол заменили на пол из цветных каменных плиток. Здание церкви было каменным, с колокольней, построенной в едином стиле. Ограда вокруг церкви была деревянной, а кладбища при ней не было. Метрические книги прихода ведутся с 1897 года.

История строительства Троицкого храма на станции Омск примечательна, так как она связана с двумя значимыми событиями конца XIX, начала XX века: строительством Великого Сибирского железнодорожного пути и деятельностью благотворительного фонда имени императора Александра III. Проектировал и строил храм, а также школу при нем, начальник участка службы пути инженер Александр Петрович Хегстрем. Закладка состоялась 3 августа 1897 года. Строящийся храм получал высокие оценки и считался лучшим на всей линии. Освящение провел епископ Омский и Семипалатинский 24 ноября 1900 года.

Церковь, рассчитанная на 750 человек, была возведена из красного кирпича в стиле русского зодчества XVI, XVII веков. Массивный двухъярусный объем (восьмерик на четверике) завершался тремя рядами килевидных кокошников и круглым барабаном с луковичной главой под восьмиконечным крестом. Колокольня примыкала к храму, её высота подчеркивалась многоярусностью, кокошниками и узкими окнами на шатре.

Предположительно, в 1930 году церковь была закрыта. Библиотека Троицкого собора была изъята 6 июля 1930 года при его ликвидации временно управляющим делами начальника административного отдела Игнатовым. Книги принимались без описи. Обнаружен документ, вероятно, того же 1930 года, без даты, о предметах, переданных Городским финансовым отделом из Троицкой железнодорожной церкви в г. Ленинске Западно-Сибирскому краевому музею, подписанный директором музея С. Кочневым.

Храм был снесен, и на его месте сейчас находится памятник В.И. Ленину (скульпторы Ю.Г. Нерода, Ю.М. Руковишников, архитектор Б.В. Архипов) с разбитым вокруг него сквером.

В проекте реконструкции привокзальной площади, разработанном в институте «Омскгражданпроект», предусмотрено восстановление Троицкой церкви. На Привокзальной площади началась серьезная реконструкция: здание, построенное в советские годы напротив вокзала на месте храма, было снесено.