7 марта 1905 года архиепископ Агафодор обратился к начальнику Кубанской области с просьбой выделить участок для строительства церкви в селе Армавир. В 1908 году волостное правление разрешило строительство при условии сбора не менее 30 тысяч рублей. 12 декабря 1910 года был составлен документ, в котором 62 жителя села Армавир выделили участок для храма. Место выбрали на пересечении улиц Хуторской и Маломинской (ныне ул. С. Разина и ул. Луначарского) в бедной части села.

С 28 мая 1912 года начались проектные работы под руководством архитектора Г.И. Акопжанова, а строительством руководил священник Леонид Дмитриевский. 3 августа 1912 года заложили молитвенный дом во имя «Святой Троицы». К 2 сентября 1914 года завершили наружные работы. В 1915 году, на фоне роста патриотических настроений, увеличились пожертвования, и архитектор изменил проект, превратив молитвенный дом в храм. 28 апреля 1916 года строительство завершилось, а 26 мая 1916 года храм освятили.

Первым настоятелем Свято-Троицкого собора стал священник Александр Уколов 7 ноября 1916 года. В годы гражданской войны его расстреляли. В 30-е годы из пяти церквей в Армавире осталась только Свято-Троицкая, остальные разрушили. Однако и в ней власти организовали склад.

Значимая веха в истории собора связана с настоятелем Леонидом Дмитриевским, который служил с 1942 по 1950 годы. Удивительно, но храм возобновил работу в период немецкой оккупации. После освобождения Армавира 24 января 1943 года отец Леонид организовал сбор пожертвований для Красной Армии и провел реконструкцию и капитальный ремонт храма. За свои труды он получил медаль «За доблестный труд в годы Великой Отечественной войны». В 1950 году настоятелем стал протоиерей Александр Волканович, а в 1956-1957 годах, священник Георгий Строев, который обустроил храм и построил электростанцию для его освещения.

Настоятель Михаил Самойленко служил в Свято-Троицкой церкви с 1964 по 1985 годы. Новая эпоха в истории собора началась с приходом протоиерея Сергия Токаря, который стал настоятелем в 1991 году. В 1995 году Свято-Троицкая церковь получила статус собора, а в 1993 году при храме был создан Армавирский Православно-Социальный Институт.

Отец Сергий награжден орденами Святого равноапостольного князя Владимира, Преподобного Сергия Радонежского и Святого благоверного князя Даниила Московского. Он также имеет церковные награды, такие как набедренник (1983), скуфья и камилавка (1985), наперстный крест (1986), крест с украшениями (1990) и митра (2005). В 2009 году его наградили почетным крестом «За заслуги перед кубанским казачеством».

Сегодня Свято-Троицкий собор является крупнейшим православным храмом города. В нем активно ведется реконструкция, и помощь оказывается по русской традиции всем миром.