В 40-х годах XVIII века слободы гвардейских полков находились недалеко от берега реки Фонтанки. Там присутствовали: Измайловский, Семеновский и Преображенский полки. Для каждого полка традиционно строили отдельный храм, в котором молились, хранили трофеи и военные реликвии. В слободе Измайловского полка в 1756 году была выстроена деревянная церковь неизвестного автора. Прототипом для этой церкви послужила церковь близ Ямбурга, в селе Керстове (Ленинградская область, ныне – Кингисепп). Эта церковь принадлежала Федору Дубянскому – духовному наставнику Елизаветы Петровны.

В 1828 -1835 годах рядом со старой Измайловской церковью в стиле высокого классицизма был выстроен собор. Архитектором проекта был В.П. Стасов. Заложили его в день Св. Троицы, откуда и произошло название храма. В высоту он около восьмидесяти метров, а здание во многом повторяет композицию и стиль деревянной церкви. Малые купола собора располагаются на концах равноконечного креста, что  не совсем обычно для русской архитектуры. Увенчан храм мощным пятиглавием.

В XIX веке бронзовые звезды и голубые купола собора было видно даже за пределами Петербурга. Над фигурами ангелов трудился скульптор С.И. Гальберг. Они были установлены в нишах собора. Деньги на постройку Измайловского собора дал царь Николай I, так как он был шефом лейб-гвардии Измайловского полка. Здание было украшено скульптурным фризом и монументальными портиками античной архитектуры. Фасадная стена иконостаса имеет закругление, основой для нее служит колоннада из коринфских колонн. Колонны облицованы искусственным белым мрамором. На стенах собора висели трофейные турецкие знамена. Они служили знаком мужества и доблести солдат и офицеров Измайловского полка, которые были проявлены в 1877-1878 годах в русско-турецкой войне.

Перед храмом также была расположена Колонна славы. На ней в пять ярусов разместили сто восемь пушек, а наверху располагалась фигура Славы. Проектировщиком Колонны славы был Д.И. Гришин. К сожалению, в 1930 году храм был закрыт, а колонна разобрана. Троицкий собор очень сильно пострадал во время второй мировой войны. В 1969 году перед собором был установлен памятник В.П. Стасову, талантливому архитектору и создателю храма. Скульптором был М.Т. Литовченко. В 1990 году Измайловский (Троицкий) собор был возвращен верующим. На сегодняшний день там проводится реставрация.