Первое упоминание о Троицкой церкви в архивных документах относится к 20 марта 1782 года, когда в храмозданной грамоте преосвященного Лаврентия, епископа Вятского и Велипермского говорится об обращении кладбищенской часовни Ижевского завода, расположенной на пересечении улиц Троицкой (ныне Советская) и Удмуртской, в церковь.

Первой церковной постройкой на этом самом высоком месте заводского поселка стала Свято- Троицкая кладбищенская часовня, приписанная к единственному тогда храму пророка Божия Илии. Затем часовню перестроили в храм и освятили в 1784 году во имя Святой Троицы.

Необходимость возведения собора в центре Ижевска была осознана заводскими и духовными властями в результате майского пожара 1810 года, уничтожившего значительную часть города и главный в то время храм — деревянную церковь Ильи Пророка, встал вопрос о строительстве нового храма. Уже на следующий год заводской архитектор С. Е. Дудин, выполнил проект монументального собора с тремя престолами и тремя колокольнями, но проект был, отвергнут, в связи с излишней пышностью и дороговизной. Взамен отвергнутого проекта петербургские власти рекомендовали взять в качестве образца проект Андреевского Собора в Кронштадте архитектора А. Д. Захарова. Дудин откорректировал чертежи, исходя из местных условий, заменив гранит на заводское литье (чугун), а также упростив отдельные архитектурные формы собора, тем самым удешевив проект.