В 1893 году на указанном месте была построена деревянная церковь в честь иконы Божией Матери «Всех скорбящих Радость». При церкви были организованы церковно-приходские училища для мужчин и женщин, что способствовало духовному и образовательному развитию местного населения.
В 1900 году, после включения зацемесской стороны в состав города Новороссийска, деревянная церковь стала недостаточной для возросшего числа прихожан. В связи с этим было принято решение о строительстве нового каменного храма. Сбор средств начался в 1899 году, и в 1901 году император пожертвовал 1000 рублей на строительство. Местные цементные заводы предоставили необходимые строительные материалы. Строительство завершилось в декабре 1906 года, и главный престол был освящен во имя Святой Троицы, а придел — в честь иконы Божией Матери «Всех скорбящих Радость».
Архитектурно храм был выполнен из тесаного песчаника, известного как камень-дикарь. Здание имело светло-серый цвет, который издали казался белым. Колокольня храма достигала высоты около 30 метров, что делало его заметным ориентиром как с суши, так и с моря.
В 1938 году богослужения в храме были прекращены. Во время Великой Отечественной войны, в сентябре 1942 года, службы возобновились, однако в апреле 1943 года немецкое командование вновь закрыло храм. После войны здание использовалось как склад воинской части. В 1951 году, из-за аварийного состояния, было принято решение о его сносе, и в 1957 году храм был взорван. На его месте в 1963 году был построен кинотеатр «Россия».
В декабре 1997 года здание бывшего кинотеатра было передано Русской Православной Церкви. 3 декабря того же года состоялось первое богослужение, а 4 декабря был освящен престол в честь Святой Троицы и совершена первая Божественная литургия.
