Первоначально на этом месте в 1777 году была возведена деревянная церковь, освящённая во имя Пресвятой Троицы. Существуют сведения, что строительство деревянного храма началось в 1770 году, однако точная дата освящения приходится на 1777 год. Этот храм служил духовным центром для жителей города Зима и окрестных деревень, включая Подгорную, Мордино, Ухтуя, Челябу, Услон и Субботнические заимки.
В 1861 году, в период отмены крепостного права в России, было принято решение о строительстве на месте деревянной церкви каменного храма. Сбор средств на строительство продолжался 19 лет и завершился к весне 1880 года. Пожертвования поступали как в денежной форме, так и в виде продуктов — молока и яиц, что использовались при приготовлении строительного раствора. Общая сумма, собранная на строительство, составила 30 тысяч рублей. Среди жертвователей были как зажиточные горожане, так и простые крестьяне. Известен случай, когда один из крестьян пожертвовал на строительство храма 3 тысячи рублей, накопленные за всю жизнь.
14 октября 1880 года новый каменный храм был освящён во имя Пресвятой Троицы и святителя Иннокентия Иркутского, получив название Троицко-Иннокентьевский. Проект храма был разработан иркутским архитектором В. А. Кудельским. Архитектурно храм представлял собой сооружение с деревянным восьмериком под массивным лотковым куполом. Голубые купола с золотыми звёздами венчались ажурными крестами, а здание было окружено резной оградой.
В годы советской власти храм подвергся разорению. В 1934 году община верующих, насчитывавшая 392 человека, пыталась отстоять свою святыню, но безуспешно. В 1936 году колокол был снят и увезён в неизвестном направлении, три главы-маковки были разрушены. Иконы ломали, топтали ногами, жгли на кострах. Прихожане пытались спасти церковную утварь, пряча её по домам, но сохранить удалось немногое. 9 апреля 1936 года здание церкви было передано Культпросвету под клуб, а позднее использовалось как склад. Попытки разрушить храм не увенчались успехом из-за прочности полутораметровых кирпичных стен.
В начале 1990-х годов началось восстановление храма. К этому процессу присоединились коллективы многих предприятий и жители города. К началу 2010-х годов были восстановлены колокольня и купол. В настоящее время храм действует и продолжает служить духовным центром для местного населения.
