Свято-Троицкий храм был построен в 1835 году. Здание выполнено в строгом стиле классицизма. Основной объём церкви покрыт большим главным куполом, вокруг которого расположены четыре маленьких купола. С дореволюционных времён в храме сохранились старинные иконостасы, украшенные сложной резьбой, иконы, изрядного возраста книги. Иконостасы церкви были изготовлены в 1909 году в екатеринбургской мастерской Кожевниковых.

До 1918 года Свято-Троицкий храм был приписным, службы в нём вели священнослужители Богоявленского собора. Лишь в 1930 году в храме появился собственный штат. С этого времени церковь становится кафедральным храмом Ирбитско-Туринской епархии. Во времена правления Хрущёва для православия вновь настали тяжёлые времена. В 1962 году в Ирбите была закрыта, а затем снесена Пантелеймоновская церковь. С большим трудом удалось отстоять Свято-Троицкий храм. В марте 2011 года церкви был присвоен статус памятника архитектуры регионального значения.