Собор розташований у північно-західній частині історичного центру міста, на одній із головних магістралей. Будівництво велося на кошти місцевого мецената цукрозаводчика П.Харитоненка.
Автор проекту – архітектор К.Шольц. Замовлення розмістили у найкращих вітчизняних і закордонних фірмах. Наявність коштів дозволяла будувати дуже інтенсивно: 1903 завершено покрівельні роботи.
Після того темп зведення храму уповільнився та після 1905 взагалі призупинився. Роботи поновилися лише з 1911. В оформленні інтер’ єру собору брали участь знані столичні майстри. Відомий іконописець М. Нєстєров написав спеціально для іконостасу Троїцького собору 6 образів. У центральному підбаннику розміщені 16 полотен художника І.Новінського. Архітектор О.Щусєв розробляв деталі інтер’єру, ескізи дзвонів.
Значний об’єм ремонтно-реставраційних робіт пам’ятки виконаний у 1977–89: відновлені втрачені архітектурно-декоративні елементи фасадів, первісне завершення дзвіниці, пофарбування бань. В інтер’єрі відтворена зала церкви та пристосована під камерну та органну музику, зроблені нові люстри. Для розміщення служб органної зали влаштовано два інженерних блоки, розташовані під зовнішніми сходами з північного та південного боків. Виконано благоустрій прилеглої території. Автори проекту реставрації та пристосування В.Хромченков, В.Смирнов. 1987 в апсиді собору було встановлено орган на 48 регістрів чехословацької фірми «Рігер-Клос», який 2007 перенесено до обласної філармонії.
Собор зведений у характерному для поч. 20 ст. стилі неокласицизму. За основу композиції взято тип п’ятибанного храму з великою центральною банею та чотирма малими, поставленими на діагоналях планового квадрату. Під усією спорудою розташований цокольний ярус, перекритий хрестовими склепіннями.
Із заходу прилягає струнка триярусна дзвіниця з двоколонним портиком коринфського ордера. Такі ж портики, проте чотириколонні, акцентують осі плану на інших трьох фасадах. Центральна баня перекрита сферичною рельєфною банею з невеликими витонченими люкарнами. Навколо світлового підбанника та декоративного ліхтарика, що завершує баню, влаштовані балюстради.
Класичному рішенню основних об’ємів не суперечить пишний декор фасадів – ліпнина у тимпанах фронтонів, обрамлення отворів вікон і дверей, ефектні капітелі колон і пілястр, що виділяються на побілених фасадах кольором бронзи. Споруда цегляна, тинькована. Дах по кроквяних фермах, вкритий покрівельною сталлю.
Розпланування собору просте – квадрат із заокругленими наріжжями, поділений чотирма масивними пілонами на дев’ять просторових дільниць і три нави. Інтер’єр легко оглянути, він повітряний, його деяка прохолодність пом’якшена забарвленням у теплі пастельні тони. Великий пронизаний світлом підбанний простір контрастує з дещо нижчими перекритими хрестовими склепіннями, боковими камерами.
Вівтарна частина та бокові апсиди мають Солею. У західній частині храму знаходяться маленькі хори. У верхній частині трикутників парусів, під підбанником центральної бані на тлі хмар зображені Апостоли-євангелісти: Іоанн, Марк, Матфей, Лука, сивобороді Іоан і Матфей, які за зовнішністю асоціюються з старозавітними пророками. Кожен зі своїм символом (ангел, орел, лев, бик).
Незважаючи на типові принципи побудови зображень, автору вдалося досягти (за рахунок різних поз і жестів, розміщення символів, драпіровок одягу, форм сувоїв, що тримають апостоли та ін.) композиційної різноманітності і наділити всіх індивідуальними рисами. Завдяки гризайльній манері живопису виникає динаміка світотлотіньових контрастів, що наближають композицію до рельєфних зображень.
Розписи виконані на високому академічному рівні і за стилістичними ознаками є цілком органічною частиною інтер’єру собору, що гармонує з його ренесансними формами. Багатобанна монументальна споруда, увійшовши до силуету забудови правого берегу ріки Псел, стала однією з висотних домінант міста, що збагатила його архітектурний образ.
Використані: стаття до Зводу пам’яток історії та культури України: Сумська область автора Марини Кадомської та світлини Віктора Вечерського, Олександра Балаховського, Олександра Науменка.
За інформацією Управління культури Сумської обласної державної адміністрації.