Троицкий собор (1827 - 1835) сооружен В.П. Стасовым на месте небольшой пятикупольной церкви, которая стояла на месте часовни, где Петр I венчался с Екатериной I. Собор по плану (греческий крест) очень прост и удобен. Стены гладки, и только наверху проходит широкий густой фриз из ангелов и гирлянд. Двадцать четыре колонны портиков поставлены довольно близко к стенам. Купола несколько велики, из-за чего кажутся громоздкими, но в то же время удачно сливаются в общую группу.

Трудная задача пятиглавия решена по приему, близкому к растреллиевскому, т. е. купола сближены до того, что получается общий очень торжественный силуэт.

Собор Святой Живоначальной Троицы был в тот момент самым большим храмом России. Высота его 86 м. На данный момент это четвёртая высотно-историческая доминанта города. Собор рассчитан на три тысячи человек. В соборе был прекрасный резной иконостас, паникадило на 370 свечей (весом в 5 тонн), колокола собора весили 17 тонн, самый большой из них - 8 тонн.

В соборе хранились боевые трофеи Измайловского полка: около 100 знамён неприятеля, множество штандартов, ключей от городов, взятых измайловскими бойцами. В стены были вмурованы памятные доски с именами погибший и умерших от ран офицеров и солдат.

В 1894-1895 годах была построена часовня в память о двух избавлений от смерти Императорской семьи.

12 (25) октября 1886 года у собора Святой Живоначальной Троицы Лейб-гвардии Измайловского полка на Измайловском проспекте был освящён и открыт триумфальный монумент из трофейных турецких орудий "Воинская слава".

В 1929 году решением Ленсовета памятник был уничтожен, а сам собор закрыт в 1938 году. Здание значительно подверглось разрушению, внутренне убранство не сохранилось. Собор использовался в качестве овощехранилища. Обширные восстановительные работы по фасадам здания были проведены только после войны и были завершены в 1960-х годах.

8 сентября 1990 году Свято-Троицкий собор был возвращён верующим. По благословению митрополита Санкт-Петербургского и Ладожского Владимира, при помощи властей города монумент "Воинская слава" был восстановлен в 2001-2005 годах.

25 августа 2006 года реставрационные леса, установленные вокруг главного купола собора, загорелись. В результате пожара сгорел главный купол собора - второй по величине деревянный купол в Европе - создан в 1834 году великими инженерами-строителями П. П. Мельниковым и П. П. Базеном.