В Ангарске первая православная община появилась в августе 1991 года, и её первым священником стал Владимир Килин, который и сейчас является настоятелем собора. Изначально в городе не было храма, но с большими усилиями удалось получить здание для его размещения. Храм обустроили в бывшем клубе "Октябрь" в 4-м поселке, и первые службы начались с праздника Успения Пресвятой Богородицы, в честь которого храм получил название "Успенский".

С самого начала было очевидно, что здание, предоставленное по принципу "что есть, то и берите", не может стать полноценным храмом для большого города. В 1992 году начались проектные работы по строительству храма Святой Троицы, а в 1995 году, на праздник Троицы, был заложен первый камень в его основание. Строительство ангарского храма длилось 10 лет и финансировалось за счет пожертвований. Каждый четвертый рубль поступал от обычных жителей, а основную часть средств предоставили местные предприниматели. Ангарское управление строительства, которое занималось возведением церкви, сдало здание собора госкомиссии. Утром 24 сентября 2006 года в Свято-Троицком храме состоялось великое освящение и прошла первая литургия. Самую большую икону для храма, "Минея годовая", написал местный художник Евгения Прокопенко. Она включает сто двадцать изображений Богородицы на одной большой иконе. Размер иконостаса составляет полтора на два метра, и он состоит из фрагментов размером десять на двадцать сантиметров.

Собор был окончательно построен и освящен архиепископом Иркутским и Ангарским Вадимом (Лазебным) 24 сентября 2006 года.

Рядом с собором планируется застройка улицы, которая уже получила название Троицкая. Протоиереем и настоятелем Троицкого собора Ангарска назначен Владимир Килин.

В настоящее время в храме располагается Отдел религиозного образования Иркутской епархии, а также работают православная библиотека и воскресная школа с хоровым классом для взрослых и детей.

Храм выполнен в лучших традициях русского православного зодчества, но при этом уникален. Белоснежный шатровый свод, семь золоченых куполов и несколько приделов делают его особенным. Разнообразие форм в русском храмовом зодчестве отражается в количестве куполов, венчающих храмы, что имеет символическое значение. Один купол символизирует Единого Бога, три, Святую Троицу, пять, Христа и четырех евангелистов, семь, семь таинств Церкви, девять, по числу ангельских чинов, тринадцать, Христа и двенадцать апостолов. Цвет купола также имеет значение в храмовой символике: золото символизирует небесную славу.