Троицкий парк является хранителем исторической памяти наших предков. Почти двести лет назад здесь возвышался главный храм города, кафедральный собор Святой Троицы. Это была кирпичная постройка в стиле позднего классицизма, с прямоугольной формой, одним куполом, боковыми пилястровыми портиками и трехъярусной колокольней со шпилем.

Закладка собора состоялась 19 июня 1838 года в самом центре города. Проект был утвержден лично императором Николаем Павловичем. Строительство велось долго, по мере поступления пожертвований. В соборе было тепло благодаря амосовской печи, названной в честь ее создателя, российского военного инженера Николая Алексеевича Амосова. Почти все внутренние стены были украшены росписью. Купол был декорирован изображением Святой Троицы, а верх алтаря и трапезной, лазурью.

Фасад храма был выполнен в византийском стиле. К нему пристроили придел во имя Архистратига Михаила, украшенный аркой, освященной 2 декабря 1842 года, а главный придел был освящен 29 июня 1847 года. Собор окружала ажурная металлическая ограда с каменными опорами, а на углах находились небольшие башенки, покрытые жестью. В 1867 году на колокольню подняли колокол весом 516 пудов.

В 1868 году собор посетил великий князь Владимир Александрович в сопровождении попечителя генерала, адъютанта графа Бориса Александровича Петровского и Григория Сергеевича Аксакова, который в то время возглавлял губернию.

Троицкий собор был богат. В апреле 1919 года уездная комиссия по отделению церкви от государства конфисковала у него ценные вещи и утварь. Во второй половине 1931 года собор закрыли и начали разбирать. В 1940 году на его месте разбили сквер. В 2005 году на месте бывшего собора установили крест и памятный камень. Сейчас в Троицком парке Бузулука построена часовня Троицы Живоначальной в память о кафедральном Троицком Соборе.