В 2007 году, в праздник Сретения Господня, был заложен и освящен фундамент нижнего яруса будущего кафедрального собора.

23 мая 2010 года, в праздник Святой Троицы, епископом Феофилактом была совершена первая Божественная литургия в нижнем ярусе Брянского кафедрального собора.

В 2011 году был завершен основной этап строительства кафедрального соборного комплекса: Свято-Троицкого кафедрального собора, колокольни «Пересвет» и деревянного храма в честь новомучеников и исповедников Брянских. В том же году освящены престолы нижнего яруса собора и храма во имя новомучеников и исповедников Брянских.

24 июня 2011 года, в день празднования в честь иконы Божией Матери «Достойно есть», на соборную колокольню «Пересвет» были воздвигнуты глава и крест.

16 декабря 2011 года под колокольней «Пересвет» был установлен бронзовый памятник преподобномученику Александру Пересвету, в 2012 году он был перемещен за ее стены.

24 мая 2012 года, в праздник Вознесения Господня и день памяти свв. равноапп. Мефодия и Кирилла, учителей Словенских (тезоименитство Святейшего Патриарха Кирилла), была совершена первая Божественная литургия в верхнем ярусе Брянского кафедрального собора, которую возглавил епископ Брянский и Севский Александр.

23 июня 2012 года в соборном кафедральном комплексе состоялось торжественное перенесение мощей преподобного благоверного князя Олега Брянского из соборного храма в честь Воскресения Христова в кафедральный собор во имя Святой Троицы. Церемонию перенесения и богослужение возглавил епископ Александр. Раку установили в центре верхнего яруса кафедрального собора.

К июню 2012 года завершена внутренняя и внешняя отделка собора и колокольни, высота которой составляет около 70 метров, завершается благоустройство территории. Площадь нижнего яруса Собора составляет 1000 м2, верхнего яруса — 882 м2.

1 июля 2012 года Святейший Патриарх Московский и всея Руси Кирилл совершил чин великого освящения престола верхнего яруса кафедрального собора.