Возникновение Троицкого собора неразрывно связано с рождением самого Верхотурья. Город был заложен в связи с открытием новой "государевой дороги" в Сибирь и быстро превратился в важный торговый центр, оставаясь таковым в течение полутора веков. В первые годы русского освоения Сибири сообщение с молодыми городами на восточной окраине государства, такими как Тюмень и Тобольск, было крайне ненадёжным. Единственной дорогой, связывавшей Соликамск с вновь присоединёнными землями, являлась очень длинная и петляющая лозьвинская дорога (по наименованию реки Лозьвы), путь по которой занимал больше месяца. В связи с этим царь Фёдор Иоаннович дал задание разведать новый, более короткий путь. Поисками руководил крестьянин Соликамского уезда Артемий Бабинов, и в 1597 году они увенчались успехом. Открытый путь был несколько раз короче прежнего, и из Москвы пришёл приказ: дорогу строить, мосты наводить, город Лозьвинский на Лозьве ликвидировать, а вместо него заложить новый город на пути из Соликамска в Тобольск. Так на карте появилось Верхотурье, построенное на месте бывшего городища манси Неромкура. На крутом "камне-горе" и устроили Верхотурский кремль, сердцем которого стал Троицкий собор.
Первую деревянную соборную церковь во имя Святой Живоначальной Троицы возвели вместе с острогом в 1598 году. Однако уже в 1607 году верхотурский воевода жаловался царю Василию Шуйскому, что службы в храме можно проводить только летом, и просил разрешения построить тёплый храм. Разрешение было получено, но вместо новой церкви лишь добавили пристройку к существующей. Впрочем, эта пристройка справлялась со своей задачей и позволяла совершать богослужения в течение всей долгой уральской зимы. "Деревянная" эпоха верхотурского кремля и Троицкого собора продлилась сто лет - весь ХVII век. В 1683 году собор сгорел во время пожара, но находясь под особым царским попечением как главное здание одного из ключевых городов страны, был быстро восстановлен. Новый Троицкий храм простоял всего 10 лет. В августе 1696 года воевода Козлов получил грамоту от молодого царя Петра I, приказывавшего начать строительство каменного кремля. Для выполнения этого задания в Верхотурье приехали 22 московских мастера, а также каменщики из Соликамска. Местные жители стали учениками приезжих зодчих. Впоследствии верхотурские умельцы поучаствовали в возведении многих храмов Урала и Сибири. К собору, как самому важному и сложному элементу кремлёвского ансамбля, приступили в последнюю очередь, после окончания стен, башен, гостиного двора и хозяйственных построек. Храм заложили в 1703 году, а 16 апреля 1709 года состоялось его освящение. Строительство велось за счёт казны.
Возможно, особое внимание московских властей к Верхотурью и ведущая роль московских мастеров в строительстве повлияли на облик собора, в котором присутствуют некоторые "московские" черты и особое столичное изящество, не характерное для более аскетичной архитектуры Урала и Сибири того времени. Вместе с тем, храм получился абсолютно ни на что не похожим, отнести его однозначно к распространённому в то время московскому барокко сложно. Строители смогли не просто совместить казавшиеся несовместимыми элементы, но и сделать это с таким вкусом, что Троицкий собор Верхотурья вполне можно отнести к лучшим произведениям отечественного зодчества. С одной стороны, осевое построение комплекса, в котором на одной линии друг за другом расположены собственно храм, трапезная и колокольня, имело широкое распространение в те годы, хотя и редко мспользовалось для соборных храмов. С другой стороны, авторам удалось удачно сочетать "чужую" для них форму "восьмерика на четверике" с пятиглавием, которое, наоборот, является отличительной чертой именно соборов. Картину дополняют исключительно нарядное декоративное убранство и эффектное расположение храма на высоком берегу живописной реки Туры.
В начале ХVIII века в русское зодчество стали проникать ордерные формы, и Троицкий собор прекрасно иллюстрирует эту тенденцию. Ордерные элементы - трёхчетвертные полуколонны по углам - ещё несут вспомогательное значение и даже не сразу заметны, однако они вносят в композицию храма регулярность, свойственную более поздним постройкам. Колонны завершены простыми, но эффектными кирпичными капителями, которые специалисты называют одной из самых ранних русских интерпретаций капители коринфского ордера. Под карнизом нижнего прямоугольного объёма храма выложена надпись, описывающая его возникновение: "Лета от сотворения света 7211, а от Рождества Христова 1703, обложена сия церковь во имя Святыя Живоначальныя Троицы нашего монарха, великаго Государя и Великаго Князя Петра Алексеевича всея Белыя и Малыя России самодержца 32 его, при благоверном при благородном Государе нашем Цесаревиче и Великом Князе Алексие Петровиче, от рождения его в 15 лето, Государя между патриаршества в управлении патриаршего престола Преосвященнаго Дмитрия, Митрополита Рязанскаго и Муромскаго, благословением в духовном чину Преосвященнаго Филофея, Митрополита Сибирскаго и Тобольскаго, при прибытии на Верхотурье воеводою стольника Алексея Ивановича Калетина совершился в лето 1705 году".
С самого своего основания Троицкий собор был и остаётся главным храмом Верхотурья. Несмотря на то, что значение города со временем уменьшалось, собор всегда был важным духовным центром Уральского региона. Исторические документы свидетельствуют о том, что в Москве держали на особом попечении Свято-Троицкий собор, он занимал выдающееся положение среди бесчисленных храмов провинциальных русских городов. Так, уже Борис Годунов послал богатые дары для благоустроения недавно построенного храма, среди которых были иконы для деисусного ряда иконостаса, богатые священнические одеяния, царские врата и немалых размеров колокол. Обеспечивал храм всем необходимым и Алексей Михайлович, отличавшийся особой набожностью и вниманием к церковным нуждам. С 1652 года настоятели храма выбирались из числа протоиреев - до этого такой чести среди всех зауральских городов был удостоен лишь Тобольск. В правление Екатерины II обустроили Сибирский тракт, прошедший через Екатеринбург, то есть более чем в 300 километрах к югу от Верхотурья. Новый тракт сменил старую Бабиновскую дорогу в роли главного пути в Сибирь, и с этого времени начался экономический закат Верхотурья. Однако это не означало угасания духовной жизни. Наоборот, Верхотурье становится центром паломничества на Урале. Людей, устремляющихся к верхотурским святыням (прежде всего - к мощам святого праведного Симеона Верхотурского), в ХIХ веке заметно прибывало.
Что касается самого Троицкого собора, то его совершенство архитектурных форм уберегло храм от фундаментальных перестроек и "улучшений", и храм сохранился до наших дней практически в неизменном виде. Вместе с тем время шло, конструкции ветшали, иногда случались пожары - поэтому на протяжении двухсот лет своей истории, до закрытия большевиками, собор несколько раз серьёзно ремонтировался и поновлялся. С северной стороны к нему добавили небольшой придел во имя священномученика Харлампия, жившего во II веке в Греции и принявшего смерть за веру от рук язычников. Точного времени его строительства не известно. Облик придела гораздо более прост, нежели облик основного четверика, хотя и напоминает его формой алтарную апсиду. Это наводит на мысль, что строители придела пытались подражать создателям храма, но им это удалось не в полной мере. Доподлинно известно, что в 1738 году, когда в храме произошёл большой пожар, придел уже существовал. Но, скорее всего, он появился не позже 1712 года, то есть всего через несколько лет после освящения собора. В пользу этого говорит дата на напрестольном кресте, который обнаружили под полом алтарной части храма в 1870 году. Упомянутый пожар 1738 года нанёс немалый урон Троицкому собору. Покрытие и главки, бывшие тогда деревянными, погибли, сильно обгорели и стены. Уцелела лишь главка на колокольне. Средств в городской казне было мало, и крышу пришлось покрыть недолговечным и "огнеопасным" тёсом. В 1739 году отремонтированный собор заново освятили.
Город продолжал беднеть, и храм с немногочисленным приходом к последней четверти ХVIII столетия пришёл в совсем удручающем состоянии: крыша сгнила, деревянные главки разрушились. Только в 1812 году наскребли денег для того, чтобы укрепить их листовым железом, что не остановило процесс гниения, ведь несущие конструкции по-прежнему оставались деревянными. В 1825 году вся крыша и главки, наконец, были выложены листовым железом и окрашены, а вокруг храма, на месте уже не существующей к тому времени крепостной стены, поднялась изящная ограда. После этого собор приобрёл благообразный вид, свойственный главному храму паломнического центра. Благодаря помощи состоятельных богомольцев постепенно становилось богаче и внутреннее убранство храма. К середине ХIХ века пришло время капитального ремонта, благо имелась такая возможность. Под руководством настоятеля верхотурского Свято-Николаевского монастыря архимандрита Гавриила храм побелили, снабдили новой лестницей на колокольню, в нём постелили мраморный пол вместо деревянного, заменили оконные рамы и двери и устранили мелкие неисправности. Тогда же рабочими нижнетагильских заводов были поновлены иконы четырёхъярусного иконостаса. Средства на роспись интерьера удалось изыскать только в 1887 году. Фресками на сюжеты из Священной истории украсил стены храма уральский мастер Василий Иванович Звездин. Между тем уже в 1909 году автор брошюры, изданной к 200-летию храма, В. С. Баранов жаловался, что собор вновь пришёл в запустение и требует очередного капитального ремонта.
В руки большевиков церковь попала уже в весьма "потрёпанном" состоянии. Как нетрудно догадаться, в советские годы оно отнюдь не улучшилось. Сложная судьба Троицкого собора отчасти объясняется тем, что до начала ХIХ века он оставался бесприходской церковью. Жители Верхотурья не посещали богослужения в соборе, потому что в городе не было недостатка в приходских церквях, сюда же ходили в основном люди приезжие. Прежде всего, это были чиновники, временно расквартированные в Верхотурье военные и проезжие купцы. Только в 1814 году в соборе появились прихожане из местных жителей. Случилось это после того, как к нему приписали Одигитриевскую церковь из заречной части города. В 1879 году причт собора составляли один протоирей, два священника, диакон и три псаломщика; впрочем, позже священник остался один, число псаломщиков тоже сократилось на единицу. К двухсотлетнему юбилею собора в 1909 году его приход насчитывал около 400 человек. К храму тогда были приписаны три городские церкви и две часовни.
В начале ХХ века о Верхотурье снова заговорили - во многом в связи с Григорием Распутиным, проведшим в молодости два года в качестве послушника верхотурского Свято-Николаевского монастыря. Единственным членом царской фамилии, побывавшим в Верхотурье, стала великая княгиня Елизавета Фёдоровна. В 1914 году, уже будучи настоятельницей Марфо-Мариинской обители в Москве, она совершила паломническую поездку на Урал. А через несколько лет Елизавета Фёдоровна приняла мученическую кончину от рук большевиков в городе Алапаевске, недалеко от Верхотурья.
Революция 1917 года положила конец статусу Верхотурья как одного из духовных центров России. В 1922 году в соборе прошли обыски, закончившиеся "изъятием церковных ценностей". Почти всё богатое убранство храма было конфисковано, однако запрета на совершение богослужений в тот момент не последовало. С середины 1920-х годов храм захватили обновленцы. В 1932 году местные власти окончательно запретили богослужения и закрыли собор. Несколько десятилетий он был фактически заброшен и постепенно ветшал. После того как по решению международной конвенции 1959 года в Гааге Троицкий собор оказался включён в число памятников архитектуры мирового значения, он получил статус охраняемого объекта и вошёл в состав музея города Верхотурья. Только в начале 1960-х годов началась его реставрация, благодаря которой храм оказался спасён от разрушения и стал частью Верхотурского краеведческого музея.
Троицкий храм в 1991 году был возвращён Русской Православной Церкви, но первое богослужение в Троицком соборе состоялось только в 1998 году - после нескольких лет, понадобившихся для капитального ремонта. Работы по благоустройству храма продолжаются и сейчас, но в церкви уже установлен новый четырёхъярусный иконостас и имеется вся необходимая утварь, а на звонницу подняты вновь отлитые колокола. Впоследствии в храме учредили архиерейское подворье.
Из журнала "Православные Храмы. Путешествие по святым местам". Выпуск №26, 2013 г.