Православный храм Челябинской епархии Русской Православной Церкви является крупнейшим в городе. Первая Свято-Троицкая церковь была основана в Заречье в 1768 году. В 1909 году было решено построить новый храм на этом месте, и строительство началось в 1911 году. Церковь была освящена 12 октября 1914 года. В советское время, 1 октября 1929 года, церковь закрыли, и планировалось открыть в её здании кинотеатр, который стал бы первым в заречной части города. Однако городские власти решили разместить там экспозиции краеведческого музея. С 1931 по 1932 год музей был перевезен в Христорождественский собор, но после его сноса вернулся в здание Свято-Троицкой церкви. В 1987-1988 годах здание было отреставрировано, а в 1990 году передано Челябинской и Златоустовской епархии и повторно освящено. Внутренние художественные работы выполнил художник Н. Ф. Костюк.

Центральный исторический архив Москвы сообщил, что, кроме страховой оценки, других документов о Свято-Троицком соборе Челябинска не найдено.

Собор украшен богатыми росписями в стиле Васнецова и красивым кедровым иконостасом. Хор храма исполняет редкие и торжественные произведения таких композиторов, как Рахманинов, Бортнянский, Чесноков, Чайковский и других.

После разрушения Христорождественского собора Свято-Троицкая церковь стала самым крупным храмом в Челябинске. В храме хранятся частицы мощей святых: преподобного Серафима Саровского, великомученика Трифона, апостола Андрея Первозванного, целителя великомученика Пантелеймона и Святой блаженной Матроны Московской.