Проект Свято-Троицкого собора был рассмотрен императором в декабре 1830 года. Автор проекта по сегодняшний день не известен. Сначала предполагали, что автором является В.П. Стасов, именитый и известный мастер 19 века, именно он выполнял крупные столичные заказы. Это предположение было мотивировано тем, что Свято-Троицкий собор был полной копией Преображенского собора в Москве. Но Стасов имел только косвенное отношение к строительству храма, поскольку в письмах консультировал строителей здания по техническим вопросам.
С 1834 года приступили к строительству храма, но оно продвигалось не очень быстро. Горожане не были особенно щедры в пожертвованиях. Но ситуацию спасает купец Платицын Егор Иванович, он вносит 200 тысяч в строительство. После это жители Моршанска более охотно начинают собирать деньги на храм. И только в 1857 году был освещен Свято-Троицкий собор. Первая служба состоялась уже в ноябре.
В соборе находится три иконостаса: Троицкий, иконостас Александра Невского, иконостас Казанской Божией Матери. Иконы создавал московский иконописец Борисов. На их создание пожертвовали деньги почетные граждане Моршанска: М.З. Платицын, Г.И. Котельников, А.М. Серебряков. Пол выложен метлахской плиткой, сохранившейся по сегодняшний день. Кресты изготовлены из золоченого железа. Собор достигает 75-метровой высоты. При храме была построена часовня в память избавления от эпидемий холеры, от которой погибало огромное количество жителей Моршанска в 1854 и 1858 годах.
При Советской власти Свято-Троицкий собор был закрыт, а затем его использовали как складское помещение. И только в восьмидесятых годах начали реставрацию Божьего дома. Но до завершения строительных работ храм сгорел. И только в 1990 году на средства жителей и администрации здание было восстановлено и передано православной общине.