В конце XIX века возникла необходимость строительства нового собора, способного вместить растущее число прихожан. В 1889 году по инициативе местных жителей и на средства купца Ивана Васильевича Бердинского был разработан проект нового храма. Проект составил губернский архитектор Владимир Михайлович Дружинин. Строительство началось в 1894 году и продолжалось до 1900 года. Купола храма были покрыты белой жестью, что придавало им особый блеск на солнце.
Архитектура собора выполнена в неовизантийском стиле с элементами эклектики. Здание состоит из основного четверика с тремя престолами: главным во имя Святой Троицы и придельными в честь Иконы Божией Матери «Живоносный источник» и Святителя Николая Чудотворца. При соборе была устроена просторная трапезная и высокая колокольня, что придавало комплексу величественный вид.
В советский период, начиная с 1930-х годов, собор подвергся значительным изменениям. Здание было закрыто, использовалось для хозяйственных нужд, а внутреннее убранство было утрачено. Кровля пришла в негодность, и стены начали разрушаться. В 1980-е годы началась работа по восстановлению храма. Были очищены стены, отремонтированы кровля и окна, восстановлен купол одной из башенок и установлены кресты. Эти усилия позволили вернуть собору его исторический облик.
В настоящее время собор является действующим и продолжает служить духовным центром для жителей Уржума и окрестных населенных пунктов. При храме функционирует воскресная школа, проводятся культурные и образовательные мероприятия, направленные на сохранение и распространение православных традиций.
