Возведение Свято-Троицкой церкви на горе Слудке тесно связано с восстановлением Перми после крупного пожара 1842 года. По воспоминаниям очевидца пожар случился в праздник Воздвиженья Креста Господня – 14 сентября: «Город загорелся не в одном месте, а с двух противоположных сторон одновременно…Менее, чем за сутки, пространство (…) обратилось в дымящуюся площадь, уставленную печными трубами деревянных и обгорелыми стенами каменных домов. Сгорело в этот пожар 300 домов… Огонь прошел разрушительным потоком и истребил лучшую и главнейшую часть города Перми…».
Центр Перми пришлось отстраивать заново. Размышляя над планом застройки, бывший городской голова и купец 2-й гильдии Егор Иванович Шавкунов предложил властям построить новый храм – на Слудке, в том месте, где деревянные постройки выгорели дотла. Пермское городское общество идею одобрило и постановило воздвигнуть в Перми новый трехпрестольный храм, посвященный Святой Живоначальной Троице. Церковь предполагалось строить на пожертвования горожан и личные средства купца Шавкунова, обещавшего взять на себя основные расходы в этом благородном деле.
Будучи в преклонных летах, Егор Иванович Шавкунов не успел осуществить свой замысел. Достроить храм он завещал своему сыну, Петру Егоровичу Шавкунову. В 1845 г. на Слудской горе была заложена каменная церковь во имя Святой Троицы с двумя приделами – святого великомученика Георгия Победоносца и святого пророка Илии. Церковь строили всем миром: средства на постройку жертвовали и дворяне, и богатое купечество, и крестьянство. Высокий благолепный храм возводили с чинной неспешностью, и в результате построили, что называется, на века.
20 октября 1857 г. архиепископ Пермский и Верхотурский Неофит (Соснин) освятил главный престол храма во имя Святой Живоначальной Троицы.
Свято-Троицкая церковь на Слудке сразу стала архитектурным украшением города. Пять сияющих золотом куполов величаво возвышались над городом; трехъярусная колокольня имела арочные проемы по сторонам света, которые выделялись дорическими полуколоннами; дверные проемы украшали полуналичники. Весь храмовый комплекс был обнесен кирпичной оградой с коваными решетками, с севера, юга и запада поставлены ворота с вставными иконами. В деталях внешнего убранства присутствовали элементы русско-византийского стиля, который предполагает строгое соблюдение старых канонов русского церковного зодчества, восходящих к византийской традиции. Свято-Троицкая церковь открывала панораму города Перми с реки Камы, служила его важнейшим архитектурным маяком с западной стороны.
Но Свято-Троицкий приход был не только прекрасной декорацией Перми: именно здесь разместился центр духовного просвещения всей губернии. В честь посещения Перми обер-прокурором Святейшего Синода Константином Победоносцевым 1 октября 1890 г. при Свято-Троицкой церкви открылась «Константиновская» церковно-приходская школа. Ее полюбили не только маленькие пермяки, которые постигали здесь азы Православия, но и взрослые жители города: для них в зимний период здесь устраивались народные просветительские чтения.
Революционные события 1917 года и приход к власти большевиков разрушили привычный уклад жизни русского народа. В сентябре 1917 года советским правительством был объявлен «красный террор», одной из жертв которого в Пермской епархии стал клирик Свято-Троицкой церкви, священномученик Константин Широкинский. После организованного в Перми покушения на членов ВЧК он был взят в заложники и 21 сентября 1918 года расстрелян.
После захвата обновленцами в 1923 году Спасо-Преображенского Кафедрального собора, в Свято-Троицкую церковь на Слудке была перенесена кафедра правящего Архиерея. В эти годы духовенство храма вело борьбу с приверженцами обновленческого раскола, стремясь удержать паству в лоне Православной Церкви.
В 1926 году Свято-Троицкий храм серьезно пострадал от пожара. Сгорел верхний ярус колокольни с куполом и четыре малых купола. Очевидно, по этой причине назначенный на Пермскую кафедру в 1927 году епископ Павлин (Крошечкин) перенес епископскую кафедру в Вознесенско-Феодосьевскую церковь.
Внутреннее же пространство обезглавленной Свято-Троицкого собора в течение десяти лет заливало дождем. Отремонтировать церковь не представлялось возможным, так как власти не давали на то разрешения. В январе 1936 года нуждающаяся в ремонте церковь была закрыта для богослужений, с колокольни сброшены колокола. В слегка отремонтированном здании храма разместилась детская колония. В начале Великой Отечественной войны церковь была приспособлена под склад артиллерийского вооружения Наркомата обороны.
Возрождение литургической жизни в Свято-Троицкой церкви неразрывно связано с открытием в годы войны Молотовской епархии Русской Православной Церкви. В декабре 1943 года назначенный на возобновленную Молотовскую кафедру епископ Александр (Толстопятов) подал ходатайство об открытии Свято-Троицкого храма в качестве Кафедрального собора. И 28 февраля 1944 года храм был передан Русской Православной Церкви. В кратчайшие сроки православные пермяки отремонтировали здание храма. Но даже после ремонта церковь не выглядела столь изящно и величественно, как прежде. На храмовой части осталась только одна центральная глава, колокольня стала меньше на один ярус, а вместо церковных колоколов на колокольню были подняты корабельные рынды.
Торжественное освящение главного престола церкви во имя Святой Живоначальной Троицы было совершено епископом Молотовским и Соликамским Александром (Толстопятовым) 25 мая 1944 года. Храм стал именоваться Свято-Троицким Кафедральным собором. В июле 1944 года в ограде храма был отремонтирован небольшой двухэтажный каменный дом дореволюционной постройки, в котором расположилось Молотовское епархиальное управление, квартира епископа и его рабочий кабинет.
В годы Великой Отечественной войны духовенство и прихожане Свято-Троицкого Кафедрального собора внесли свой вклад в победу над врагом. В 1944 году церковно-приходской совет Кафедрального храма пожертвовал на военные нужды 25000 рублей. Такая же сумма была передана верующими в приюты для детей военнослужащих, погибших на фронте, и на подарки для солдат. Всю войну в соборе не прекращался кружечный сбор – на танковую колонну «Дмитрий Донской».
В послевоенные годы Свято-Троицкий Кафедральный собор оставался местом постоянного служения архипастырей Пермской епархии.
Несмотря на хрущевские гонения, начавшиеся в конце 1950-х годов, храм постепенно приобретал утраченное благолепие: были покрыты сусальным золотом кресты на куполах, обновлены настенные росписи, мастерами из Оренбурга изготовлен резной, позолоченный иконостас. Тайно от властей иконостас привез в Пермь и установил в соборе его настоятель – протоиерей Орест Бычковский (Впоследствии архиепископ Пермский и Соликамский Николай).
До конца советского периода Свято-Троицкий Кафедральный собор оставался самым почитаемым храмом Пермского края. В праздничные и воскресные дни его заполняли прихожане, желавшие принять участие в архиерейском богослужении. В эти годы в соборе служили священники, составлявшие цвет духовенства Пермской епархии: протоиерей Михаил Лукканен, архимандрит Иоанн (Чувызгалов), протоиерей Герман Бирилов и другие. Архиерейскую службу в соборе украшали звучные голоса протодиаконов – Андрея Мазура, Василия Возгомента, Николая Шаромова. Свято-Троицкий Кафедральный собор славился пением большого архиерейского хора под руководством Александра Дмитриевича Тарантина (впоследствии – протодиакона).
В 1994 году Свято-Троицкому Кафедральному собору было передано старинное здание Константиновской церковно-приходской школы. А 12 мая 1996 года, в дни празднования 600-летия со дня блаженной кончины святителя Стефана Великопермского, Свято-Троицкий Кафедральный собор посетил Святейший Патриарх Московский и всея Руси Алексий II.
После назначения в 2002 года на Пермскую кафедру епископа Иринарха (Грезина) началась комплексная реконструкция здания Кафедрального собора: в храме были положены новые полы из турецкого мрамора, восстановлен утраченный третий ярус и купол колокольни, подняты новые освященные колокола. Храм вновь стал пятиглавым: вокруг центрального купола установили четыре малых барабана с куполами. Таким образом, собор обрел свой исторический вид, стройность и величие.
Одновременно с реставрацией внешнего вида Свято-Троицкого храма шло обновление и его внутреннего убранства. В соборе появились новые прекрасные иконы: Святой Троицы, Божией Матери: «Троеручица» и «О Тебе радуется», преподобного Серафима Саровского и другие. Две иконы Пресвятой Богородицы собор получил в дар со Святой горы Афон: первая из них — «Отрада и Утешение» — в дорогой серебряной ризе была написана в Ватопедском монастыре, вторая — Иверская — в греческом Иверском монастыре. Обе иконы были помещены в специально изготовленные резные сени и установлены в боковых приделах. Иверская в настоящее время находится в Крестово-Митрофаниевском храме недавно возвращенного Церкви Архиерейского дома.
В 2010 — 2012 гг., в период управления Пермской епархией митрополитом Пермским и Соликамским Мефодием (Немцовым), ремонтно-реставрационная деятельность в Свято-Троицком соборе продолжилась. Вновь полностью обновлена настенная роспись – как в алтаре, так и в центральной части храма; завершены работы по реконструкции иконостасов. Ажурная резьба Царских врат, полуколонны и другие фигурные элементы тела иконостаса вызолочены, снаружи завершены кровельные и фасадные работы. Старинный двухэтажный дом в ограде собора был также отремонтирован.
С 1945 года за алтарем Свято-Троицкого Кафедрального собора стали совершаться погребения Пермских архиереев и священнослужителей. В 2011 году, по благословению митрополита Пермского и Соликамского Мефодия архиерейский некрополь был отреставрирован: обновлены обветшавшие памятники на могилах пермских архипастырей, восстановлены утраченные элементы мраморных и гранитных надгробий. Как и прежде, Свято-Троицкий Кафедральный собор остается главным храмом Прикамья, духовным и административным центром Пермской епархии
