Свято-Троицкий храм в Ирбите известен с начала XX века. В 1930-х годах храм перешел к обновленцам, которые внесли изменения в устройство алтарей, укоротив престолы и жертвенники примерно на 20 сантиметров. В 1954 году храм был возвращен в лоно Патриаршей Церкви после периода обновленчества.
В 1951 году во время литургии в храме собирались пожертвования на восстановление Троице-Сергиевой Лавры. В 1966 году, в день Крещения, после долгого перерыва в Ирбите состоялся крестный ход от Свято-Троицкого храма к месту, где ранее находилась Пантелеимоновская церковь.
В 2001 году храм посетила чудотворная Почаевская икона Божией Матери. В разные годы в храме служили священники, среди которых упоминаются протоиерей Африкан Третьяков (до 1930 года), протоиерей Александр Чернавин (1932–1937), митрофорный протоиерей Александр Аммосов (1937–1959) и другие.
В конце XX — начале XXI века в храме продолжались богослужения, а также работы по восстановлению его убранства, включая установку новых престола и жертвенника в Успенском приделе.