Первоначально на месте собора в 1593 году была построена первая деревянная церковь для переселенцев из Москвы и Углича. В 1730 году на средства крестьянина Артемия Андреевича Кожина была возведена белокаменная однопрестольная церковь во имя Святой Троицы. Согласно преданию, Кожин, разбогатев, решил исполнить просьбу одного заключённого разбойника и построил храм на его средства.
В 1852 году помещица П.И. Мятлева инициировала расширение трапезной части храма и пристройку нового придела. В 1856 году была возведена отдельно стоящая пятиярусная колокольня высотой 56,7 метра, ставшая одной из самых высоких в Чувашии.
Архитектурный ансамбль собора включает в себя каменное здание с тремя престолами: главный — во имя Живоначальной Троицы (холодный), правый придел — в честь Успения Пресвятой Богородицы, левый придел — во имя Святителя и Чудотворца Николая (оба тёплые). Длина храма составляет 49 метров, наибольшая ширина — 27,7 метра. Колокольня представляет собой пятиярусное сооружение высотой 56,7 метра.
В 1933 году, в период антирелигиозной политики советского государства, собор был закрыт, колокольня частично разобрана, а здание использовалось для различных нужд, включая размещение сельского клуба и спортивной школы.
