Первое городское кладбище находилось вблизи главной дороги, на месте Гвардейской инвалидной роты напротив оранжерей и павильона Катальной горки. На нем находилась деревянная часовня. В середине ХIII века, когда Ораниенбаум принадлежал Петру III и его супруге Екатерине Алексеевне (впоследствии Императрице), сюда нередко приезжала Императрица Елизавета Петровна. Дорога проходила в непосредственной близости от кладбища. Kак известно, Елизавета Петровна не любила и боялась кладбищ. Она повелела перенести кладбище дальше от дороги и вместо часовни выстроить церковь в честь Святой Троицы.

При закладке храма на месте будущего алтаря был водружен закладной крест с надписью. После постройки церкви он хранился в алтаре над жертвенником как ценная реликвия. Новый храм был освящен 21 июня 1759 года преосвященным Сильвестром (Кулябкой) Архиепископом Санкт-Петербургским. Это значилось на полотняном антиминсе. Церковь была приписана к Дворцовой церкви св. Пантелеимона.

Первоначально церковь была небольшая, без купола, в одной связи с небольшой колокольней. Во второй половине 1770-х гг. церковь была увеличена в длину в 2 раза. Примерно в 1840 году при настоятеле отце Андрее Благовещенском был устроен купол и увеличена высота колокольни. Церковь не отапливалась.

В 1857 г. иждивением мещанина Василия Гурьянова устроен придельный храм во имя святой мученицы Вассы. Причиной для такого щедрого пожертвования послужила давняя история. Василий Гурьянов и его жена Василиса жили небогато, но дружно. У них было восемнадцать детей, но все они умирали в детским возрасте, и к старости Гурьяновы остались вдвоем. Своими трудами выстроили они дом напротив церкви, но Василиса так и не успела в нем пожить. Она умерла вскоре после окончания постройки 1 февраля 1849 года и перед смертью просила мужа отписать новый дом церкви. Тот по ряду причин не смог этого сразу исполнить.

В начале 1856 года он тяжело заболел и священник напомнил ему о просьбе жены. Гурьянов завещал, в случае своей смерти, передать его имущество на устройство придела во имя святой Вассы - небесной покровительницы его почившей супруги. Но он вскоре выздоровел, и в июле 1856 года сам положил основание новому приделу церкви Святой Троицы.
В середине августа 1857 г. работы завершились. Освящение нового придела было приурочено к общегородским торжествам 100-летнего юбилея Свято-Троицкого храма.
К юбилейным торжествам отец Гавриил Любимов написал и издал небольшую книжку "Юбилейные торжества в городе Ораниенбауме". Весь доход от продажи книжки пошел на устройство Богадельного дома при церкви Святой Троицы, открывшегося стараниями отца Гавриила в 1861 году. С этого времени жизнь церкви неразрывно связана с деятельностью Богадельного дома.

По ходатайству отца Гавриила и в соответствии с постановлением Священного Синода от 20 февраля 1861 года в церкви ежегодно в день Тихвинской Иконы Божией Матери 26 июня совершалось Всенощное бдение с акафистом Святой Троице и литургия.
В храме почитались местная икона Святой Троицы с 11 венчиками червонного золота и частицами мощей св.Антония Римлянина и Иакова Боровичского; икона Тихвинской Божией Матери, копия чудотворной, написанная в 1745 г.; Толгская икона Божией Матери, написанная в 1752 году, Казанская икона в клеймах. Александром Павловичем Яковлевым пожертвован в храм серебряный позолоченый крест-мощевик с частицами мощей многих апостолов, святителей, священномучеников. Крест помещался в ореховой застекленной раме за правым клиросом.
Со времени основания и до 1895 года церковь Святой Троицы была приписана к Дворцовой церкви св. Пантелеимона. После перевода городских церквей в епархиальное ведомство, церковь Святой Троицы была приписана к собору Св.Архангела Михаила. Штата при ней не полагалось, службы и требы совершал причт собора.

К Троицкой церкви приписаны две часовни. Одна, во имя Св.Николая, расположенная на кладбище и служившая покойницкой. Вторая, во имя Спасителя, находилась в городе, на углу Дворцового проспекта и Петербургской улицы.

В начале 1900-х годов было решено построить на кладбище новую каменную церковь. Проект был исполнен гражданским инженером художником И.П.Горлянским. Средств было недостаточно, и решено было строить и украшать новый храм постепенно. Тщанием Ефима Васильевича Васильева и прихожан с небольшою затратой причтовых капиталов, положенных на вечное поминовение, уже к лету 1903 года церковь была вчерне готова, а в 1904 году состоялось ее освящение.

Церковь спроектирована в три придела на случай, если в одном из боковых приделов готовится отпевание, молящиеся могут располагаться в главном и другом приделе. Главный престол освящен в честь Святой Троицы, боковые приделы во имя св. князя Владимира и имя св. князя Александра Невского.
Базиликальная форма принята с целью уменьшить толщину стен и сократить смету.
Церковь вмещала 700 человек, считая площадь хора. Штата при церкви не полагалось. Службы в каменной и в деревянной церквях совершал причт собора св. Михаила Архангела. Причем в деревянной не отапливаемой они совершались редко, 2 - 3 раза за лето, основные же службы проходили в каменной.

Обе церкви существовали совместно вплоть до 1917 года. После национализации церковного имущества, чтобы церковь продолжала действовать, была создана приходская "двадцатка", заключившая договор на использование каменной церкви. Богослужения совершал священник Алексей Андреевич Лебединский, живший в Троицкой слободе при кладбище.
Возможно из-за некоторой отдаленности от города, из-за расположения на кладбище, Троицкая церковь действовала дольше всех других храмов Ораниенбаума.

После закрытия в 1932 году собора Св.Архангела Михаила, она оставалась единственной в городе. Но и ее не миновала общая тяжелая участь.
В соответствии с Постановлением Ораниенбаумского райисполкома, утвержденным 27 марта 1939 года, церковь была закрыта, здание переоборудовано под клуб-кино.
В советские годы в здании церкви располагались объединение « Росреставрация», ПО «Комплект», ТОО «Грот».
Здание сохранилось, но требует капитального ремонта. Согласно предварительной смете, стоимость ремонта оценивается в 5 280 076 рублей.