Лучшие архитекторы города — А. В. Балашов и Ф. М. Шестаков — стали проектировщиками фасада храма. Строительство началось в 1830 году. Тогда в архитектуре преобладал русский классицизм (ампир), что и нашло свое отражение во внешнем облике храма. В окончательном итоге храм внешне приобрел очертание креста: впереди — главный алтарь, выходящий на восток, приделы Параскевы Сербской и Сергия Радонежского. С западной стороны находится вход с крыльцом, украшенным литыми чугунными колоннами и наверху иконой Святой Троицы. Строительство было завершено во второй половине 19 века.

Архитектор Н. Н. Благовещенский в апреле 1915 года составил план новой часовни, представляющей собой квадрат, увенчанный куполом. Началось строительство храма-часовни, и к осени того же года оно было закончено. В северо-западной части ее находилась звонница, увенчанная куполом, нижняя часть отводилась под усыпальницу рода Зайцевых. В верхней части часовни располагались иконостас и места для певчих. Храм был освящён в 1917 году. После революции он был закрыт, кресты сняты, а помещение использовалось для жилья, а затем для производственных нужд, под склады кладбищенского инвентаря. Внутреннее убранство, а также надгробия захоронений рода Зайцевых не сохранились. Лишь в 1978–1980 годах часовню вернули церковной общине. Восстановление храма началось только в 1990 году, тогда кресты были водружены вновь. Были проведены реставрационные работы, в результате которых внешний вид максимально приблизился к первоначальному варианту. Обновлённая часовня на Пятницком кладбище была освящена Патриархом Алексием II 27 октября 2000 года.

При храме работает Воскресная школа, проводятся занятия в народном хоре.