Троицкий собор в Краснослободске является одним из первых церковных сооружений города и памятником архитектуры XVIII-XIX веков. Первые упоминания о служениях в этом месте датируются 1620 годом. Священник и краевед XIX века Н. Соколов утверждал, что собор строился одновременно с городской крепостью и был возведен в начале XVII века. Также краевед И. Беляев ссылается на "Писцовую книгу" Федора Малого, подтверждая, что Троицкая церковь была построена между 1613 и 1614 годами. Первоначально собор был деревянным, а в период с 1655 по 1682 годы рядом появилась Ильинская церковь, служившая теплой церковью. В 1763 году указом Тамбовской Духовной консистории Ильинская церковь была отделена от собора и стала самостоятельным приходом. Позже она была вынесена из крепости и превратилась в Благовещенскую церковь.

В 1765 году на месте Ильинской церкви была построена новая деревянная церковь в честь Божьей Матери Живоносного источника. До конца XVIII века на главной площади города находились три деревянных храма: Троицкий, Ильинский и Живоносного источника. В 1778-1781 годах был построен кирпичный соборный храм при поддержке купца А.Т. Милякова. В 1780 году Миляков завершил строительство собора, который был возведен в 10 саженях от прежних церквей. Деревянные церкви были разобраны в 1790-х годах, а их материалы использованы в других местах.

Собор, построенный Миляковым, просуществовал около 80 лет, подвергаясь перестройкам и изменениям после пожара 1817 года. В 1829 году два придела были упразднены, и собор расширился. К 1862 году собор нуждался в ремонте, и была составлена смета на 12183 рубля. Перестройка завершилась в 1866 году, а в 1875 году колокольня была обновлена. В 1881 году был отлит колокол весом 500 пудов. Известно, что архитектор Елецкий участвовал в перестройке собора.

К концу XIX века Троицкий собор представлял собой каменное здание длиной 20 сажен и шириной 12 сажен, построенное в форме греческого креста. Здание было одноэтажным с пятью главами и высокой колокольней. Миляковы также построили в городе другие каменные церкви, такие как Покровская, Благовещенская и Смоленская.

После революции 1917 года все церкви города были закрыты. В 1935 году была получена директива об уничтожении всех церквей Краснослободска. С 1936 по 1939 годы храмы подверглись разграблению и разрушению. Троицкий собор был приспособлен под промышленное производство, став частью Краснослободского райпромкомбината. В 1951 году здание собора было переоборудовано для столярного цеха. Фрески собора были закрашены, и в настоящее время собор используется как цех прядильно-ткацкой фабрики.