Каменский приход был основан на месте поселения Далматовского монастыря и получил свое название от реки Каменки. В состав прихода входят деревни: Токарева, Байнова, Брод, Новозаводская, Позориха и Мазуля. Всего в приходе проживает 4458 мужчин и 4519 женщин, все они русские по происхождению. Некоторые из них переселились из разных регионов России, другие были переселены в крепостное время правительством. Из-за нехватки земли местные жители редко занимаются земледелием, предпочитая работать на заводе и в рудниках, а также заниматься ремеслами: кузнечным, столярным, сапожным и слесарным. В деревнях они занимаются земледелием и скотоводством, а в свободное время перевозят руду и другие материалы для завода.

Каменский приход был основан в 1700 году. Первый деревянный храм, построенный в 1701 году в честь Трех Святителей с приделом праведного Артемия Веркольского, сгорел в 1768 году. Второй деревянный храм, построенный в 1779 году, также сгорел в 1815 году. В 1790 году было разрешено строительство каменного трехпрестольного храма. В 1805 году были освящены придельные храмы, а в 1813 году, храм Живоначальной Троицы.

В 1828 году приделы и колокольня были перестроены. Над приделами был возведен второй этаж, в котором устроены три престола: во имя Нерукотворенного Образа Спасителя, Тихвинской иконы Божией Матери и святого пророка Илии. К нижнему этажу добавили еще два придела: с южной стороны в честь Воздвижения Честного и Животворящего Креста Господня, с северной, во имя святой великомученицы Параскевы. Таким образом, храм стал восьмипрестольным, построенным на средства прихожан.

Иконостасы в верхней церкви украшены резьбой и полностью позолочены. Средства на их устройство поступали от аренды торговой площади, где были лавки и весы. Доходы от аренды шли на содержание и украшение храма до 1895 года, когда общество Каменского завода забрало их себе.

Причт состоит из трех священников, диакона и трех псаломщиков. Для их размещения имеется один церковный дом. Приписная кладбищенская Покровская церковь, каменная и однопрестольная, была построена в 1883 году. В самом заводе функционируют три школы: земская женская, министерская мужская и церковная школа грамоты при женской общине.

Проект нового храма разработал главный архитектор Екатеринбургского управления горных заводов Михаил Павлович Малахов в 1821 году. Он добавил к церкви два портика с юга и севера и надстроил трапезную вторым этажом. Колокольню украсили большие арочные окна и коринфская ротонда с куполом. В 1828 году храм был полностью завершен и оштукатурен.

Церковь владела обширной торговой площадью, включавшей магазины на нынешней улице Ленина и часть Соборной площади. Рядом находилось небольшое церковное кладбище.

В 1912 году Свято-Троицкий храм Каменского завода получил статус собора. 12 августа 1912 года Преосвященный Митрофан объявил указ Священного Синода о возведении храма в степень штатного.

Весной 1918 года из Свято-Троицкой церкви изъяли метрические книги. Протоиерей Василий Победоносцев был убит на станции Синарской и в 2000 году причислен к лику святых.

Собор закрыли в декабре 1930 года. На жалобу прихожан было заведено дело о закрытии собора, и 13 сентября 1930 года было решено использовать здание под культурно-просветительное учреждение.

Колокольня собора использовалась как парашютная вышка, а позже здание передали швейной фабрике. К 1990 году здание находилось в аварийном состоянии.

13 июля 1990 года было принято решение о передаче здания церкви обществу православных христиан. В 1998 году собор получил статус Архиерейского подворья. В 1999 году настоятелем стал протоиерей Иоанн Агафонов. 19 декабря 2001 года архиепископ Викентий освятил престол в главном храме Каменска-Уральского.

Сегодня кафедральный собор является главным храмом Каменской епархии. При храме действует библиотека, а по воскресеньям проходят занятия в церковно-приходской школе. Среди святынь выделяется икона святого праведного Симеона Верхотурского с частицей мощей.