Свято-Троицкий кафедральный собор города Подольска был освящён в 1832 г. 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. Строительство собора проходило с 1819 г. по 1832 г. Собор имеет два придела: Успения Божией Матери и Петра и Павла.
Из истории храма известно, что в 1860 году святитель Филарет (Дроздов), митрополит Московский и Коломенский 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.
Среди прихожан жива молитвенная память о прежних настоятелях Троицкого собора: архимандрите Гаврииле (Григорове), 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 Александра 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. Важным направлением в деятельности Воскресной школы является организация свободного времени учащихся. С этой целью в 2002 году на базе Воскресной школы была создана православная молодежная организация «ПРОТОС», призванная объединить подростков и молодежь в труде, в занятиях, отдыхе и паломничествах. Рядом с собором устроен Крестильный храм, освященный в честь священномученика Владимира (Богоявленского), митрополита Киевского и Галицкого. В этом здании находятся классы Воскресной школы.
В 2006-2007 годах при содействии администрации города Подольска и лично Главы города Николая Игоревича 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, изготовлены и освящены новые колокола.
17 августа 2021 г. указом святейшего патриарха Московского и всея Руси Кирилла Троицкому собору г. Подольска официально усвоен статус кафедрального собора Подольской епархии.
4 ноября 2021 г. настоятелем Троицкого кафедрального собора г. Подольска стал Высокопреосвященнейший архиепископ Подольский и Люберецкий Аксий (Лобов).
