Строительство храма было инициировано в 1835 году по инициативе прихожан города.Проект храма основывался на чертежах из альбома «образцовых» проектов церквей, составленных архитекторами И. И. Шарлеманем и А. А. Михайловым.
Первым был освящен южный придел в честь Успения Пресвятой Богородицы в 1838 году. Главный престол, посвященный Святой Живоначальной Троице, был освящен в 1842 году, а северный придел во имя Архистратига Михаила — в 1846 году.
Архитектурный облик храма выполнен в стиле классицизма, характерном для первой половины XIX века. Здание отличается строгой симметрией и отсутствием излишних декоративных элементов. План храма имеет форму креста: восточная часть включает главный алтарь, западная — паперть, северная и южная — боковые приделы. Двухъярусная колокольня увенчана шпилем с крестом, а центральный объем покрыт большим куполом, окруженным четырьмя малыми куполами с крестами.
Внутреннее убранство храма включает иконостасы, изготовленные в 1909 году в мастерской Кожевниковых в Екатеринбурге. Эти иконостасы выполнены в различных стилях, включая рококо, ренессанс и готический, с использованием резьбы по дереву и позолоты. В храме хранятся старинные иконы и книги, включая Евангелия 1730, 1786, 1833 и 1868 годов издания.
В период после Октябрьской революции, с 1923 по 1945 годы, храм находился в ведении обновленческого движения и служил кафедральным собором для обновленческих архиереев Ирбита. В 1954 году храм был возвращен в юрисдикцию Патриаршей церкви.
В советский период храм не был закрыт и продолжал функционировать, что позволило сохранить его архитектурный облик и внутреннее убранство. В настоящее время Свято-Троицкий храм является действующим и относится к Ирбитскому благочинию Алапаевской епархии Екатеринбургской митрополии Русской Православной Церкви. При храме действуют церковно-приходская школа, школа материнской любви и верности, а также социальная служба.
