Первый деревянный храм во имя святителя Николая Чудотворца был освящен на Ижорских пильных мельницах 6 мая 1723 года. 26 сентября 1735 года рядом с ним освятили деревянную церковь Святой Троицы с Никольским приделом. В эту церковь перенесли чудотворный образ святителя Николая из Ям-Ижорской часовни.
3 августа 1758 года заложили каменный пятиглавый храм в стиле барокко с приделами Тихвинской иконы Божией Матери и святителя Николая. Строительство завершилось в 1773 году. Авторство проекта приписывается архитектору Савве Чевакинскому. Храм имел крестообразную форму с центральным куполом и четырьмя малыми главами по диагоналям.
В 1901 году архитектурный комплекс дополнили двумя каменными часовнями и 53-метровой колокольней с 11 колоколами, крупнейший из которых весил 8,3 тонны. 29 марта 1918 года церкви присвоили статус собора. В 1937 году собор закрыли, а в 1938 году переоборудовали под кинотеатр «Луч».
В августе 1941 года колокольню частично разрушили для ликвидации ориентира для артиллерии. После войны сохранившиеся на 80-100% конструкции снесли в 1957-1958 годах, несмотря на протесты реставраторов. На месте храма построили спортивный зал техникума.
Новый Свято-Троицкий собор возвели в 2003-2009 годах по проекту архитектора Сергея Крюкова в неорусском стиле на берегу реки Ижоры. Торжественное освящение главного престола состоялось 19 декабря 2009 года. Собор имеет два придела: главный во имя Святой Троицы и боковой Покрова Пресвятой Богородицы.