Свято-Троицкий собор в Камышине был основан в 1743 году как первое каменное здание города. Храм возводился на территории Петровской крепости, расположенной при впадении реки Камышинки в Волгу. Освящение состоялось в 1751 году во имя Святой Троицы. Архитектурный стиль сооружения соответствовал елизаветинскому барокко с характерной пышностью декора.
В 1765 году к основному объёму храма был пристроен придел во имя святителя Николая Чудотворца, а в 1785 году добавлен второй придел – во имя великомученика Георгия Победоносца, сооружённый на средства купца Ковалёва. В 1830-1831 годах возведена новая колокольня в стиле классицизма, заменившая обветшавшую предшественницу.
Соборная ризница хранила значимые святыни: Казанскую икону Божией Матери, образ Димитрия Солунского, плащаницу 1760 года и мощи святого Ипатия в серебряном кресте. В апреле 1939 года храм был разрушен, а его место впоследствии затоплено водами Волгоградского водохранилища.
В 1997 году приход Свято-Троицкого собора возобновил деятельность в здании бывшего дома купца Шемякина по улице Калинина, 52. Это сооружение представляет собой памятник архитектуры XIX века. Первое богослужение в новом помещении состоялось 25 апреля 1997 года.
