Существование Свято-Троицкой церкви относится к самым древним временам. Известно, что на месте нынешнего храма в XVI веке существовала деревянная православная церковь Святой Троицы. В ней находилась местночтимая икона преподобного Антония Печерского, Киевского, начальника всех русских монахов. В день памяти этого Святого в Свято-Троицкой церкви совершалось торжественное богослужение, которое посещало множество богомольцев.

После заключения Брестской унии в 1596 году храм был отобран у православных и впоследствии разобран. На его месте в 1635-1645 годах из кирпича был построен костел, при котором в 1749 году был образован монастырь бернардинцев. Чтобы изладить из памяти православных христиан память о православных святынях, католическое духовенство пошло на такой шаг. Вместо богослужений в день памяти преподобного Антония Печерского, которые очень любил православный народ, в костеле стали совершаться торжественные службы по западному обряду в честь католического святого Антония Падуанского. В 1864 году бернардинский монастырь был упразднен.

В 1867 году здание костела было передано православным, в котором была устроена церковь в честь Святой Троицы. Тогда же было возрождено и празднование памяти преподобного Антония Печерского. В день его памяти, как и в старые времена, стали совершаться торжественные богослужения. Так в 1867 году богослужение совершил соборным чином настоятель Жировичского монастыря архимандрит Николай (Редутто), а в 1868 году находившийся на покое в Жировичском монастыре архиепископ Михаил (Голубович).

В годы Второй Речи Посполитой храм был передан римо-католикам и обращен в костел.

В годы Великой Отечественной войны храм вновь был передан православным и восстановлен как Свято-Троицкая церковь. В 2002 году храму дан статус собора.

В наше время к приходу относятся Свято-Троицкий собор, храм в честь священномученика Петра (Полянского) д. Чемеры Слонимского района и часовня в честь святых благоверных князя Петра и княгини Февронии, в иночестве Давида и Евфросинии, Муромских чудотворцев, в военном городке г. Слонима.

При соборе Святой Троицы действуют Троицкого братство во главе с протоиереем Димитрием Семухой и молодежный клуб «Симфония», руководителем которого является иерей Николай Савицкий, а также функционирует иконописная мастерская.