Свято-Троицкий собор города Подольска был построен в 1819–1832 гг. (архитектор О. И. Бове) в честь победы в Отечественной войне 1812 года, с которой город связан воспоминаниями о проходившем здесь знаменитом Тарутинском фланговом марше — маневре Русской армии М. И. Кутузова. Собор имеет два предела: Успения Божией Матери и Петра и Павла.
Среди храмов южного Подмосковья, построенных в стиле классицизма в первой половине XIX века, Троицкий собор города Подольска единственный имеет пятиглавое завершение. Оштукатуренное здание выполнено из кирпича с белокаменными деталями. С западной стороны к собору примыкает трехнефная трапезная и трехъярусная колокольня. Собор создавался как композиционный центр всей городской застройки, определяющей архитектурный облик Подольска. Поставленный на высоком холме над рекой Пахрой, собор возвышается над окрестностью, издалека привлекая к себе внимание и оживляя панораму города.
Из истории храма известно, что в 1860 году Святитель Филарет (Дроздов) митрополит Московский определил в священники Троицкого собора города Подольска выпускника Московской Духовной семинарии Николая Васильевича Косминкова. Тридцать с лишним лет провел отец Николай в Троицком приходе. В годы его служения внешний вид храма был приведен в надлежащий порядок, кругом храма деревянная ограда была заменена каменной. Вместе с избранным в 1886 году церковным старостой подольским купцом Н. Я. Каноныкиным им была утеплена вся церковь. Ими же был сооружен новый иконостас с драгоценными серебряными ризами. В 1898 году была обновлена и трапезная, стены которой были расписаны священными изображениями, вновь сооружены иконостасы и приобретена церковная утварь.
В 1866 году в Подольске свирепствовала эпидемия холеры, отец Николай, не боясь заразиться, по первому зову являлся в дом к больным для причащения их, показав себя истинным и ревностным пастырем. В те дни из города Бронниц была принесена в город Подольск чудотворная икона Божией Матери Иерусалимская. Крестных ходом Святой образ обнесли вокруг города, и эпидемия прекратилась. В благодарность за избавление от эпидемии гражданами города была приобретена копия с чудотворной иконы Божией Матери Иерусалимской, перед которой было установлено совершать молебен с акафистом Божией Матери в память видимого ее заступления.
В 1921 году собор посетил и совершил в нем Всенощное бдение и Божественную литургию Святейший Патриарх Тихон, исповедник Всероссийский. Получив его благословение, храм прошел через все бури и испытания богоборчества и сохранился как духовная твердыня для города.
С 1929 года по 1937 год сначала диаконом, а затем священником в Троицком соборе служил священномученик Петр (Ворона), расстрелянный 11 декабря 1937 года и причисленный к лику святых в 2000 году.
Среди прихожан жива молитвенная память о прежних настоятелях Троицкого собора архимандрите Гаврииле, благодаря которому во время повсеместного закрытия храмов Троицкий собор не был закрыт, и протоиерее Петре Деревянко, который, не смотря на жесткий запрет властей крестных ходов, продолжал их совершать.
В сентябре 1990 года настоятелем Троицкого собора города Подольска и благочинным церквей Подольского округа был назначен протоиерей Александр Ганаба. Перед отцом Александром стояла не простая задача: на территории Подольского благочиния действовало всего 3 храма, а более тридцати храмов лежали в руинах, необходимо было подготовить кандидатов для рукоположения в священный сан и восстановления поруганных святынь. В это время Троицкий собор стал школой для будущих пастырей. Более пятидесяти священнослужителей прошли подготовку в Троицком соборе и получили основы пастырского служения, а по рукоположении здесь же проходили богослужебную практику.
В 1991 году при Троицком соборе открыла свои двери воскресная школа.
9 сентября 2001 года Троицкий собор посетил Святейший Патриарх Московский и всея Руси Алексий II.
Рядом с собором устроен Крестильный храм, освященный в честь священномученика Владимира Митрополита Киевского и Галицкого. В этом здании находятся классы воскресной школы и библиотека духовной литературы.
Троицкий собор имеет свои чтимые святыни. Это икона Божией Матери Иерусалимская почитаемая подольчанами за избавление в 1866 году города от холеры, два мощевика с частицами мощей 140 святых, в дни памяти которых совершаются полиелейные службы, иконы священномученика Петра и собора новомучеников Подольских.
В 2006–2007 годах при содействии администрации города Подольска и лично Главы города Н. И. Пестова проведено множество работ по реконструкции как внешнего, так и внутреннего убранства Троицкого собора: отреставрированы и заново позолочены все иконостасы, киоты, и старинные иконы в них, реконструирована кровля собора. Оборудованы современной мебелью классы воскресной школы.
