Первый письменный памятник Свято-Троицкой церкви датирован «июня 21 дня 1832 года» «Книга дана сия от Саратовской Духовной консистории Саратовского уезда Заволжской Покровской слободы Троицкой церкви Священнослужителям для записывания ризницы и всего церковного имущества». Первая страница документа отразила начало строительства церкви: «Церковь каменная Во имя Святыя и Живоначальные Троицы в длину с колокольнею 11 сажень, в ширину 6 саженей и 1 аршин, в высоту с куполом 15 сажень, крепка. Холодная, покрыта железом, приделов не имеет, построена в 1818 г. «тщанием прихожан» на месте ранее действующей деревянной церкви, приписной к Саратовскому Свято-Троицкому собору. В дальнейших описаниях появилась другая дата – построена в 1825 году. Видимо ее строительство началось ранее, а в 1825 году было закончено. В 1851 году церковь стала трехпрестольной, теплой. В 1865 г. было открыто церковно-приходское попечительство из 30 человек, которое постоянно заботилось о церковном приходе, школах. С 1901 года при церкви было открыто второклассное женское церковноприходское училище в здании, пожертвованном ктитором храма, государственным крестьянином Н. А. Ухиным. Сложный период 1920-х-1930-х гг. Президиум ВЦИК СССР от 30 августа 1930 г. на основании постановления Президиума ЦИК АССР НП принимает решение закрыть Троицкую и Крестовоздвиженскую церкви. Прошло немного времени, и здание Свято-Троицкой церкви было передано городской библиотеке. Перед тем как передать здание библиотеки, было дано разрешение, проложив дополнительную железнодорожную линию к храму, со Свято-Троицкой церкви сорвать купол и колокольню. В 1989 году путем общественного голосования в городской газете «Коммунист» жители города высказали свое мнение и желание об открытии церкви. Восстановлению храма помогали многие предприятия города, основную часть работ взял на себя трест «Энгельсстрой». После реставрации, в декабре 1990 года, настоятель Свято-Троицкой церкви Александр Керимов отслужил Благодарственный молебен. С этого дня верующие снова обрели святыню. 25 марта 1992 года приходу было передано здание, в котором были размещены крестильня, храмовая библиотека, трапезная и подсобные помещения. 7 декабря 1997 года был установлен новый иконостас в Казанском приделе храма. В январе 1999 года в центральном приделе был установлен двухъярусный иконостас, который в дальнейшем был наращен до пяти ярусов. В 2007 году в храме был расписан центральный свод. Закончено строительство нового здания воскресной школы. В 2008 году покрашены купола, благоустроена прихрамывая территория. В связи с образованием Покровской епархии, Указом Патриарха Московской и всея Руси Кирилла от 8 февраля 2012 года Свято-Троицкому храму г. Покровска (Энгельса) присвоен статус кафедрального собора.