В 19-м веке купец и меценат Иван Лямин купил в Яхроме ткацкую фабрику и за короткое время превратил ее в процветающее “Товарищество Покровской Мануфактуры”. Он сделал очень многое для развития инфраструктуры вокруг предприятия: построил дома для работников, баню, школу, детский сад, больницу, библиотеку и парк. Когда дела у предприятия пошли в гору, Лямин выделил деньги на строительство Троицкого собора.

Руководил проектом московский архитектор Сергей Родионов.

Собор в неоклассическом стиле со световым барабаном сверху был открыт в 1985 году. В честь этого события организовали большой праздник на 10 тысяч человек, среди которых были служащие фабрики и жители Дмитрова.

Уже после смерти Ивана Лямина в 1908 году на деньги его сына Семена возвели колокольню.

При советской власти здание собора использовали как склад, столовую и макаронную фабрику. А в годы Великой Отечественной войны в подвале храма был организован госпиталь для раненых. В честь хирурга, работавшего здесь, названа улица Конярова, ведущая к храму.

Храм вернули верующим в 90-е годы, а сейчас там ведутся реставрационные работы. Идут работы по восстановлению кирпичной кладки и реставрация декора. В планах — благоустройство территории, организация парковки для прихожан и обустройство пешеходной зоны у главной входной лестницы.