Свято-Троицкая церковь имеет более чем 200 летнюю историю, в ходе которой она переживала периоды процветания и практически полного разрушения. Построен храм был в 1825 году на пожертвования верующих и в первоначальном своем варианте имел только один престол и вовсе не имел колокольни, которая была пристроена только к середине XIX века. Чуть позже были также открыты мужская, а затем и женская школы грамоты, где детей обучали чтению и письму.
В течение более 50 лет с 1930-х храм был полуразрушен и не функционировал, а некоторое время даже размещал в себе городскую библиотеку города Энгельса. В 1990-х практически полностью разрушенное здание церкви было полностью перестроено, но несмотря на это, его внешний вид остался практически неизменным. Храм получил новую колокольню и три придела, один из которых уже упразднили.
В 2004 году из Воронежа был привезен, освящен и установлен новый колокол весом почти в тонну. Сегодня он извещает о начале богослужения в храме.
В настоящее время здесь проходят ежедневные богослужения, открыта церковная библиотека и кинозал, действует воскресная школа, где преподаются катехизис, грамота, житие святых и др. Также ведется активная миссионерская деятельность и сбор пожертвований на детские дома города Энгельса.
В связи с созданием в 2011 году самостоятельной Покровской епархии, Свято-Троицкий храм получил звание кафедрального собора, а на его территории находится здание епархиального управления.