Церковь Святой Троицы располагается в центре города Старая Русса. Когда была возведена эта, прежде деревянная церковь, доподлинно не известно. Во время городской описи 1625 года она отмечена как «сожженная литовцами».

Долго пустовало это место, пока в 1680 году купец Яков Тверев не дал денег на постройку новой каменной церкви Святой Троицы. Выстроили ее в короткие сроки – всего за четыре года,  весной 1684 года эту церковь освятил лично митрополит Новгородский Корнелий.

Более 70 лет церковь принимала прихожан, здесь велись все службы, проходили таинства крещения, венчания и отпевания. Беда пришла нежданно-негаданно. Летом 1759 года, в находящейся поблизости церкви Иоанна Златоуста, вспыхнул пожар. Огонь перекинулся и на Троицкий храм. Сгорел престол, бесценная церковная утварь, многие иконы и иконостас. Три года потребовалось строителям и архитекторам, чтобы восстановить церковь, вернуть ей, пусть и не былой, но вполне пристойный вид. В 1761 году «в помин великого пожара» был вылит колокол весом 960 кг и торжественно водружен на колокольню.

Но на этом беды для церкви Святой Троицы не кончились. Ужасная буря прокатилась по Старой Руссе одним летним вечером 1836 года. Ветер ломал деревья, поднимал в воздух небольшие деревянные строения. Этим страшным вихрем с церкви сорвало главный купол и он, упав, сильно повредил ее. Церковь заметно наклонилась и по стенам пошли ужасные трещины. Мастерам пришлось в спешном порядке разобрать четыре боковые главы с оставшимися куполами. Однако церковь, даже после этого, продолжала стремительно разрушаться. Горожане забили тревогу. Призывы дошли до Николая I. И с его соизволения и при полной финансовой поддержке, был начат капитальный ремонт церкви. В это время было решено увеличить алтарь, перенести предел, хорошо укрепить своды и главы.

Результат ремонта оказался впечатляющим: церковь увеличили – теперь она стала кубической, четырехстолпной размером 17м на 17м. На солнце сияли пять глав, и величественно высились кресты.

После реконструкции церковь Святой Троицы открылась к 1860 году, а придел был готов спустя еще пять лет.

Следующие десятилетия были для церкви годами расцвета и активной деятельности. Здесь была открыта большая приходская школа, где детей учили грамоте, счету, Закону Божьему и пению.

Во время Великой Отечественной войны старорусская церковь Святой Троицы сильно пострадала и была отреставрирована достаточно поздно, лишь к 1980 году. Однако во время войны была утрачена бесценная церковная утварь: большой чеканный, восьмиконечный позолоченный крест, который передал в дар храму житель города Никифор еще в 1682 году, а также позолоченный потир. Судьба этих предметов неизвестна до сих пор.

В восьмидесятые годы церкви были не нужны государству, поэтому здесь сразу был организован краеведческий музей, где часто устраивались выставки картин и выступления учащихся музыкальных школ.

Только спустя 16 лет церковь Святой Троицы передали Русской православной церкви. Через год она была торжественно освящена архиепископом Новгородским Львом.