Инициатива строительства храма возникла после разрушительного пожара 1842 года, уничтожившего значительную часть Перми. Купец второй гильдии Егор Иванович Шавкунов предложил возвести новый трёхпрестольный храм на Слудской горе. Основные расходы на строительство взял на себя Шавкунов, а также были привлечены пожертвования горожан и доходы от каменной часовни во имя святого Илии, расположенной на Сенном рынке. После смерти Егора Шавкунова его сын, Пётр Егорович Шавкунов, продолжил реализацию проекта.
Строительство храма началось в 1845 году по проекту губернского архитектора Григория Павловича Летучего. В 1849 году был освящён северный придел во имя великомученика Георгия Победоносца. Южный придел, посвящённый пророку Илии, был освящён 9 июня 1850 года. Главный престол во имя Святой Живоначальной Троицы был освящён 20 октября 1857 года. С этого момента юго-западная часть города составила особый Слудский приход.
Архитектурно храм выполнен в русско-византийском стиле. Здание представляет собой пятиглавый храм с трёхъярусной колокольней, украшенной арочными проёмами и дорическими полуколоннами. Фасады храма оформлены декоративными элементами, характерными для русской церковной архитектуры. Весь храмовый комплекс обнесён кирпичной оградой с коваными решётками, с севера, юга и запада установлены ворота с вставными иконами.
В 1906 году при храме было открыто каменное здание Константиновской церковно-приходской школы. До 1917 года церковь имела в штате троих священников и свою церковно-приходскую школу.
После революции 1917 года начались репрессии против верующих и священнослужителей. В 1920-х годах у храма были отобраны принадлежавшие ему здания, деньги и церковные ценности. В 1930-х годах священники и диакон Троицкой церкви были репрессированы, а храм закрыт. С 1932 года в здании церкви размещались склады народного комиссариата обороны. В этот период были снесены верхний ярус колокольни и четыре боковых главы из венчавшего храм пятиглавия.
28 февраля 1944 года было принято решение Совета по делам Русской православной церкви при СНК СССР об открытии Свято-Троицкой церкви на Слудке. 25 мая 1944 года храм был освящён и стал кафедральным собором Пермской епархии. В послевоенные годы храм оставался единственным действующим в городе Пермь.
