Свято-Троицкий собор расположен на высоком холме в северной части Красноярска, в начале дороги на Енисейск. Он стал важной архитектурной доминантой, возвышаясь над равнинным ландшафтом города и сохраняя значение градостроительного ориентира.

Этот собор представляет собой интересный пример культовой архитектуры первой половины XIX века, выполненной в традициях позднего классицизма. Каменная церковь имеет вытянутый придел вдоль всего здания на месте северного рукава креста. Кубический храм завершен массивным световым барабаном с плоским перекрытием и сферической кровлей с коротким шпилем на четырехгранной тумбе. С запада примыкает высокая четырехъярусная колокольня со шпилем и маленькой главкой. На северной, западной и южной сторонах нижнего яруса колокольни находятся глухие ниши. В интерьере сохранились иконостасы в классическом стиле, выполненные в красном цвете с позолоченной резьбой. Стены украшены росписями, выполненными в 1960-х годах. Стены собора сделаны из кирпича.

Строительство церкви началось после закрытия городского кладбища при Всехсвятской церкви и его переноса за реку Качу. 15 августа 1831 года купцы и мещане Красноярска решили просить разрешения на строительство кладбищенской церкви за рекой. Весной 1835 года Енисейское губернское правление одобрило план здания, разработанный архитекторами Д. Маковецким и П. А. Шаровым. Как и многие сибирские храмы, Свято-Троицкий собор строился в два этапа. Холодная Троицкая церковь была заложена 20 мая 1836 года, а через три месяца получено разрешение на строительство теплого придела, который освятили во имя святителя Иннокентия Иркутского 21 августа 1842 года. Троицкий придел освятили 11 октября 1848 года. Церковь была приписана к Воскресенскому собору. В 1850-х годах на средства купца Н. Иноземцева была построена каменная ограда с воротами, а в 1860-х годах купец М. Сажин возвел каменную часовню во имя святых апостолов Петра и Павла.

До 1917 года Свято-Троицкий храм был кладбищенским, но его деятельность не ограничивалась заупокойными службами и имела важное духовное значение для жителей губернии. Литургию и другие службы часто проводил протоиерей Василий Дмитриевич Касьянов. Храм обслуживали священники кафедрального собора, такие как Григорий и Иннокентий Климовские, Михаил Солодчин, Константин Тюшняков и другие.

В 1917 году церковь стала самостоятельным приходским храмом. К 1936 году все церкви Красноярска были закрыты, кроме Свято-Троицкой. Однако с ноября 1937 года прихожане остались без пастырей, так как священнослужители были арестованы и расстреляны. В течение двух лет молитвы продолжались тайно, а в сентябре 1939 года было решено закрыть церковь. Здание планировали передать под автомотоклуб, но в итоге в нем разместился цех фабрики кожевенных изделий.

С 1945 по 1961 год храм был приписан к Покровскому храму, а с 1961 по 1990 год являлся главным храмом Красноярского благочиния. С 1992 года он стал собором.

В 2004 году настоятелем собора стал игумен Нектарий Селезнев, после чего храм был отремонтирован, получил новые колокола и иконостасы. В собор были принесены частицы мощей многих святых. При соборе действуют попечительский совет, воскресная школа и хор под управлением В. Пономарева.

Троицкая церковь является объектом культурного наследия федерального значения.