Первоначальный Свято-Троицкий собор был возведён в 1883 году. Инициатором строительства выступил председатель Верхнеуральского уездного по крестьянским делам присутствия В.Г. Шишкин. Финансирование осуществлялось за счёт народных пожертвований: в течение 16 лет с рабочих удерживалась по одной копейке в месяц. Храм представлял собой однокупольное сооружение, построенное из белого камня. При его строительстве использовалось более 70 тысяч яиц для приготовления цементирующего раствора. Крест для храма изготовил и установил кузнец Окользин. В храме находился естественный источник, вода которого считалась святой и лечебной. Рядом располагалось церковное кладбище, где хоронили священнослужителей.
В период антирелигиозной борьбы с Церковью, 2 марта 1929 года Белорецким городским советом было принято решение о закрытии храма, и 8 марта церковь была закрыта. Впоследствии храм был снесён. На его месте был построен Дом технического творчества. Кирпич от разрушенной церкви использовался при строительстве Фабрики-кухни (ныне на этом месте находится торговый центр "Сезам") и первого 48-квартирного жилого дома; кирпич также выдавался частным лицам.
В последующие годы, во второй половине 1940-х годов, в Белорецке на улице Крупской, 98, была построена небольшая деревянная церковь, которая также носила имя Святой Троицы. Однако в 1981 году она сгорела по официальной версии из-за неисправности в проводке. После пожара на приходском собрании было принято решение о строительстве нового храма. Благодаря усилиям прихожан и духовного окормления, уже через три месяца на месте пожарища был возведён каменный храм. Освящение новой церкви было совершено архиерейским чином. С этого времени храм продолжает действовать, сохраняя своё посвящение в честь Святой Троицы.
