Собор Троицы Живоначальной в Невеле относится к числу православных храмов, возведенных в XIX веке. Первые упоминания о храме на этом месте датируются 1810 годом, когда местная община обратилась с прошением о строительстве церкви. Разрешение было получено, и к 1814 году началось возведение каменного здания. Строительство велось на средства прихожан и купечества.
Архитектурный стиль собора сочетает элементы классицизма и традиционного русского церковного зодчества. Храм был освящен в 1839 году. Главный престол посвящен Святой Троице, боковые приделы — святителю Николаю Чудотворцу и Иоанну Златоусту. В 1854 году к зданию была пристроена колокольня.
В 1930-е годы собор был закрыт советскими властями. Купол и колокольня были разрушены, а помещение использовалось для хозяйственных нужд. В послевоенный период здание находилось в заброшенном состоянии. Реставрационные работы начались в 1990-е годы. К 2000 году восстановлены купола и колокольня. В настоящее время собор является действующим.
В архитектурном плане храм представляет собой крестово-купольное сооружение с трехчастной апсидой. Фасад украшен пилястрами и арочными оконными проемами. Интерьер сохранил элементы первоначальной росписи, восстановленной в ходе реставрации.