Святейшим правительствующим синодом, по ходатайству епископа Томского и народа, в 1859г. было дано разрешение на построение в Колывани Соборной церкви. Собор во имя Святой Живоначальной Троицы был заложен в августе 1861г., а в октябре 1867 г. построен и освящен. Строительство велось всем миром, т.е. на средства прихожан и благотворителей. Храм стал первым каменным зданием в Колывани, очень скоро вокруг него образовалась Соборная площадь, окруженная добротными постройками административного назначения, церковно-приходской школы и домов зажиточных людей. Предполагается, что проект здания был разработан на основе типовых городских каменных церквей из альбома, составленного известным русским зодчим Константином Андреевичем Тоном. В работе над проектом колыванского cобора принимали участие Альфред Александрович Ашемур, занимавший должность епархиального архитектора и одновременно помощника губернского архитектора в Томске, и архитектор Яков Михайлович Набалов, работавший в Томске с конца 1850-х годов.
В 70-е гг. XIX в. возникла необходимость в расширении собора. В 1876 г. были освящены два придела: северный - во имя святой великомученицы Екатерины, и южный - во имя святых преподобного Кирилла и мученицы Натальи. Северный предел был сооружен на средства колыванского купца Кирилла Климовича Кривцова.
После возведения боковых пределов храм в таком виде простоял около 60 лет. В годы советской власти здание собора подверглось значительному разрушению и реконструкции. По невыясненным причинам в ночь на 1 февраля 1932 года в Троицком соборе вспыхнул пожар. Священнослужителей обвинили в умышленном поджоге, а храм закрыли. В 1930-е гг. были утрачены колокольня, купола и главки. В 1950-е гг. была осуществлена пристройка и надстройка храма, западный фасад получил завершение треугольным фронтоном, декорированным советской символикой. Здание неоднократно переходило от одной организации к другой. До конца 1980-х годов здесь размещался кинотеатр “Победа”, а с 1990-х - вещевой рынок, страховая компания, медицинский кооператив.
После передачи здания РПЦ был восстановлен северный предел. Остальная часть здания ветшала и разрушалась.
В 2015 году здание признали объектом культурного наследия регионального значения. Одновременно с постановкой на государственную охрану велась разработка проекта воссоздания исторического облика Троицкого собора.
4 октября 2018 года в р.п. Колывань состоялось торжественное открытие звонницы собораСвятойЖивоначальнойТроицы.
Колокола Свято-Троицкого собора прозвучали в этот день впервые после долгого перерыва. «Колокольный звон Троицкого собора возвестил о том, что возрождается духовная жизнь в нашей стране», - сказал в своем выступлении митрополит Новосибирский и Бердский Тихон.
Группа компаний "Сибирские звезды" принимает участие в работах по восстановлению и реставрации Собора во имя Святой Живоначальной Троицы в р.п. Колывань, а также благоустройству прилегающей территории с устройством ограждения.
В настоящее время восстановление объекта близко к завершению.