Это старейшая из сохранившихся церквей Архангельска, а её история напрямую связана с первой в России морской крепостью — Новодвинской. В 1702 году в строящуюся крепость были переведены два полка, и там же возвели две церкви — Троицкую и Богоявленскую. В 1717 году полки были передислоцированы на правый берег реки Кузнечихи; туда же перевезли и обе церкви. Со временем деревянные строения обветшали, вместо них возвели большой каменный храм, объединивший под одной крышей два придела: Богоявленский и Троицкий. Это была гарнизонная церковь, и военные были её прихожанами. В церкви хранились воинские реликвии — полковые знамёна рубежа XVII–XVIII веков, присланные по приказу Петра I, дары российских императоров, предметы церковного обихода. Богослужения в Свято-Троицкой церкви прекратились в первое советское десятилетие, а в 1930 году её здание переоборудовали под общежитие. В последующие годы в храме находились школа шофёров, мыловаренный завод, обувная фабрика, камнерезный цех. Утварь и убранство храма были разграблены, с церкви сняли главку, осветительный барабан, убран верхний ярус колокольни.
В 1992 году церковь вернули прихожанам, службы в ней возобновились в 1994 году. После проведённой реконструкции храм выглядит так же, как и в конце XIX века.
Памятник архитектуры XVIII века, третье по времени создания сохранившееся каменн ое сооружение в Архангельске после Гостиных дворов и Новодвинской крепости. В церкви четыре придела, первый этаж отреставрирован на втором идут непрерывно работы по восстановлению и ремонту.