Один из старейших храмов города. Его возведение, также, как и Свято-Екатерининского храма, посвящено спасению императороской семьи во время железнодорожной катастрофы в 1888 году.
Проект храма разработан Иваном Мальгербом.
Освящение места под строительство и закладка первого камня в основание прошли 3 октября 1899 года.
Художественная роспись стен - заслуга живописца Т. А. Сафонова. За образец мастер взял храм Святой Софии в Киеве.
В 1910 году в День Святой Троицы центральный придел храма был освящен.
В 1934 году храм закрыли, кресты и колокола сняли, здание переоблродували в театр, а затем, использовали, как овощехранилище и засолочную базу.
В 1942 году собор, также, как и многие Краснодарские храмы открывался, но по окончании Великой Отечественной войны был закрыт.
В Центральном приделе храма действовал скульптурный цех, где создавалась статуя "Фантомаса" (Рабочего с лопатой), находящаяся в районе Краснодарской ТЭЦ.
Храм возвратили церкви в 1990 году. Работы по восстановлению собора завершили в 1996 году. Прошло повторное освящение престолов.
В Свято-Троицком соборе, по желанию крестного отца, была крещена моя дочь.