В архивных документах указано, что в августе 1842 года пермское градское общество, по инициативе купца второй гильдии Егора Ивановича Шавкунова, решило построить на Слудке новый храм с тремя престолами и двумя приделами. Основные расходы на строительство взял на себя Егор Иванович Шавкунов. Было запланировано организовать сбор добровольных пожертвований среди жителей города, а также использовать доходы от каменной часовни во имя святого Илии, расположенной на Сенном рынке.

После кончины Егора Шавкунова, который завещал средства на строительство Троицкого храма, его сын Петр Егорович Шавкунов завершил строительство церкви. В 1849 году был освящен один из приделов храма в честь Великомученика Георгия. Южный придел освятили 9 июня 1850 года во имя святого пророка Илии. Главный престол был освящен 20 октября 1857 года во имя Святой Живоначальной Троицы. С момента освящения церкви юго-западная часть города стала отдельным Слудским приходом. До 1917 года церковь была трехштатной и имела собственную церковно-приходскую школу.

В период гражданской войны начались репрессии против верующих и священнослужителей. У Свято-Троицкой церкви конфисковали здания, деньги и церковные ценности. В 1930-е годы священники и дьякон Троицкой церкви, придерживавшиеся староцерковного направления, подверглись репрессиям, а храм был закрыт.

С 1932 года в здании церкви находились склады народного комиссариата обороны, где хранилось оружие. Верхний ярус колокольни и четыре боковых главы пятиглавого храма были снесены.

В 1944 году Свято-Троицкий кафедральный собор был возвращен Церкви и 25 мая освящен епископом Александром (Толстопятовым).

В 2004 году начались внутренние и внешние ремонтно-восстановительные и реставрационные работы. 23 ноября 2004 года состоялось Великое освящение главного престола.

Сейчас храм носит название Свято-Троицкий Кафедральный Собор и является трехштатным. В соседних зданиях располагается управление Пермской епархии Русской Православной Церкви.