Свято-Троицкий кафедральный собор является одним из лучших образцов классицизма на Урале. К 1824 году фактически был построен, но не был освящён по причине противодействия властей старообрядчеству.

Осенью 1839 года, когда северный придел храма освятили во имя Иоанна Златоуста, пустовавшая церковь стала действующим единоверческим храмом. Осенью 1849 года южный придел освятили во имя святителя Николая Чудотворца. Главный храм освятили весной 1852 года в честь Святой Троицы.

В 1930 году церковь закрыли, снесли венчания. В здании размещался кинотеатр, ткацкая фабрика, ДК Автомобилистов. В 1996 году началось восстановление храма, вновь освящённого в качестве собора в сентябре 2000 года.

Трёхъярусный иконостас облицован уральским змеевиком и украшен золочёным орнаментом. Большая часть икон XVIII–XIX вв. принадлежит к невьянской школе иконописи. Красочные фрески выполнены в русской манере XVI столетия.