Троицкая церковь, известная также как Рязановская, была возведена в юго-восточной части города на пересечении тогдашней Сенной площади и Сибирского проспекта, который сейчас носит название улицы Куйбышева. Строительство велось с 1814 по 1854 год на средства главы екатеринбургской старообрядческой общины, купца Я.М. Рязанова.

Церковь, являющаяся значительным памятником классицизма в городе, имеет трёхчастную структуру: колокольня, трапезная и сам храм с полукруглой апсидой. Над храмовой частью возвышается массивный барабан, увенчанный куполом с полукруглыми люкарнами. По углам четверика расположены малые декоративные купола.

Центры боковых фасадов храмовой части выделены входными четырехколонными портиками ионического ордера с фронтонами. Люкарны в основании купола и кубикулы на его барабане добавляют дополнительный масштаб, гармонируя храм с окружающей застройкой. Главный западный вход расположен в основании колокольни и выделен на фасаде портиком с двумя пилястрами. Трехъярусная колокольня увенчана куполом.

Объемно-пространственная композиция здания развивалась из кубического объема старообрядческого молельного дома. Архитектор М.П. Малахов не только органично вписал новые архитектурные элементы в существующий объем дома, но и решил инженерную задачу передачи нагрузки от купола на стены. Массивные пилоны, расположенные по углам храмового четверика, пристроены изнутри к ранее выложенным стенам.

В интерьере паруса зрительно опираются на пилоны, но не являются конструктивным элементом. На самом деле опорное кольцо барабана поддерживают подпружные арки, выполняющие функцию тромпов. Таким образом была решена задача перекрытия куполом ранее построенного молельного дома.

Колокольня, построенная в 1850-1854 годах архитектором К.Г. Турским, не создает резкого диссонанса, но носит следы упадка николаевского времени, а разделка такого крупного сооружения филенками выглядит наивно. Портик входа из пилястр выглядит довольно скромно. Боковые главки, выполненные по последнему проекту, как и детали колокольни, несколько мелковаты по сравнению с величественным барабаном центрального купола.

В 1930-е годы, когда церковь была приспособлена под клуб, памятник утратил купола и два верхних яруса колокольни. Современные купольные завершения храма и колокольни, а также новая алтарная апсида, не соответствующая масштабу храма, являются результатом некорректной реставрации и реконструкции, проведенной в 1990-е годы.

В интерьере здания зал трапезной перекрыт плоским подшивным потолком, который в конце XX века был закрыт ложным коробовым сводом. В самом храме сферический купол на декоративных парусах прорезан высокими окнами и ярусом люкарн. Утварь, украшающая интерьеры церкви, была выполнена в конце XX, начале XXI веков.