В 1872 году на площади началось строительство собора в честь Святой Живоначальной Троицы. Финансирование осуществлялось бийским купцом первой гильдии Алексеем Федоровичем Морозовым и прихожанами. Морозов приобрел для собора иконостас в византийском стиле. Внутренние работы и настенную живопись выполняла артель Патрушева. Освящение Троицкого собора состоялось 4 декабря 1877 года.

При соборе функционировала двухклассная церковно-приходская школа, построенная в 1892 году купчихой Еленой Григорьевной Морозовой. В 1894 году на Троицкой площади была освящена кирпичная часовня в честь святого Александра Невского, построенная на средства Городского общественного управления. Часовня была возведена в память о чудесном спасении императорской семьи в железнодорожной катастрофе 1888 года. Во время Первой мировой войны на Троицкой площади у собора провожали бийчан на фронт. Внутри церковной ограды, у алтаря собора, находился некрополь, где были похоронены строители собора и главные жертвователи, бийские купцы первой гильдии и почетные граждане города.

В 1920-е годы часовня на площади была снесена, а Троицкий собор передан обновленцам, движению в Православной российской церкви. В 1930 году храм закрыли, а в 1934 году его окончательно разобрали. Тогда же был уничтожен и некрополь. Из кирпичей собора построили двухэтажное здание для детского приюта.

В 2008 году на месте бывшего собора провели археологические раскопки, в ходе которых нашли фундамент алтарной части храма и склепы купцов Морозовых и других известных бийчан. В 2010 году на бывшей Троицкой соборной площади был создан историко-мемориальный православный комплекс. На месте алтаря установили крест, а могилы покрыли надгробными плитами из черного мрамора. На плитах Морозовых разместили портретные барельефы, выполненные бийским художником С. А. Морозовым.