Строительство собора началось в 1800 году и завершилось в 1817 году на средства, выделенные из казны по указу императрицы Екатерины II.Собор представляет собой двухэтажное каменное здание с главным престолом в верхнем этаже, освящённым во имя Живоначальной Троицы.В нижнем этаже располагались два престола: главный — во имя святителя Николая и придельный — во имя пророка Илии.
В 1878 году купец Александр Иванович Кокин на собственные средства, составившие около 15 000 рублей, построил рядом с собором каменную колокольню, под которой находилась часовня.
При соборе функционировала церковно-приходская школа, открытая в 1872 году, а также земская школа, начавшая работу в 1877 году. Среди жертвователей и благотворителей собора отмечены купец Кобылин, внёсший вклад в строительство каменного храма, а также братья Володины, занимавшиеся украшением соборных храмов. Святой праведный Иоанн Кронштадтский пожертвовал в пользу храма 2 000 рублей.
В советский период собор был закрыт, и его здание использовалось не по назначению, что привело к утрате многих элементов внутреннего убранства и архитектурных деталей. В последующие годы здание собора находилось в запущенном состоянии.
