Новый период в истории Свято-Духовской церкви начинается в конце 40-х гг. и связан с именами архиепископа Гавриила (Розанова) и протоиерея Иоанна Кузьмича Герболинского. По воспоминаниям его сына, И.И. Герболинского, отец Иоанн, в 1812 году закончивший Екатеринославскую духовную семинарию, был рукоположен во священники, а через 4 года переведен в Екатеринославский кафедральный (тогда Успенский) собор. С 1833 г. по 1837 г был его ключарем, в 1835 г. награжден саном протоиерея, а 15 июня 1837 г. переведен настоятелем в Свято-Духовскую церковь. Именно в этом году было принято решение о перестройке деревянного помещения церкви. 15 июня отец Иоанн был назначен настоятелем, а 23 числа архиепископ Гавриил (Розанов) за 7 дней до отъезда на новую кафедру освятил место и положил основание новой трехпрестольной каменной Свято-Духовской церкви. Этот архипастырь оставил значительный след в истории екатеринославщины, как неутомимый администратор, историк краевед, музыкант, созидатель храмов, под непосредственным руководством которого завершилось строительство Свято-Преображенского кафедрального собора, заложенного еще в 1787 году императрицей Екатериной ІІ.

Закладка нового каменного храма в честь сошествия Святого Духа, вместо прежнего деревянного, стала как бы печатью многосторонней деятельности архипастыря на благо Екатеринославской церкви и города. Через 7 дней, 20 июля 1837 г. он покинул Екатеринослав, положив основание храму, который веком позже стал кафедральным для его наследников – Днепропетровских архиереев.

С отъездом архиепископа Гавриила, говорившего, что «церковь сама себя строит» и, несмотря на это, активно занимавшегося поисками материальных средств для строительства, первоначальная скудость которых не останавливала его намерений, дело строительства нового каменного храма затормозилось и почти замерло. Однако, данное в народе Свято-Духовской церкви, прозвище «купеческая» оправдало себя снова – движущей силой новостройки и щедрыми меценатами снова выступили купцы.

Особое место среди них занимает имя Федора Софроновича Дупленко, знаменитого лесоторговца, пожертвовавшего три тысячи рублей на закладку фундамента.

После временного перерыва, вызванного финансовыми трудностями, строительство продолжилось, причем на него была выделена фантастическая, по тем временам, сумма в сто тысяч рублей. Однако, в 1847 г. «спонсорская» помощь прекращается в связи с тем, что щедрый благотворитель внезапно умирает от холеры (по другим сведения Дупленко умер в 1862 году, постоянно преследуемый финансовыми неурядицами).

Строительство церкви снова остановилось, но вскоре настоятель храма протоиерей Иоанн Герболинский находит нового ктитора – екатеринославского купца – А. Кирпичникова, который стал новым меценатом строительства храма. Но он тоже не завершил строительство из-за внезапной смерти. Последнюю волю покойного выполнили его наследники, внеся пятнадцать тысяч рублей для окончания затянувшегося строительства храма. Достойно замечания, что и Ф.С. Дупленко и А. Кирпичников, как активные члены городского общества, избирались на должность городского головы, первый в 1830-ом году, а второй – в 1834. Прах обоих меценатов Дупленко и Кирпичникова покоится на территории Троицкого собора, о чем свидетельствует недавно установленная каменная плита.

Еще один екатеринославский купец Л.С. Бабушкин (бывший гласный городской думы) пожертвовал крупную сумму на приобретение большого колокола. Достроен новый каменный собор в 1854 году. Настоятель нового каменного храма о. Иоанн Герболинский отошел ко Господу 25 февраля 1868 г, уже будучи за штатом, и был похоронен на городском кладбище. Грандиозное, по тому времени, храмовое здание представляло из себя мощное строение с пятикупольным верхом и нарядным внешним оформлением в русско-византийском стиле, колокольня стояла отдельно. По принципу планировки, по величественности внутреннего пространства и по спокойной статической композиции наружного объема он близок многим храмам средней полосы России XVI-XVII вв. Собор имеет три придела: центральный в честь Святой Троицы, правый в честь Казанской иконы Пресвятой Богородицы, а левый в честь святого апостола Андрея Первозванного. Ближайшим от собора улицам по инициативе Городской думы присвоили имена трех престолов – Первозвановской (ныне ул. Короленко), Троицкой (ул. Красная) и Казанской (ул. Карла Либкнехта).

Проект собора разработали известные петербургские архитекторы: академик Л.И. Шарлемань-Боде (по другой транскрипции, указанной например, на мемориальной доске чайного домика в Летнем Саду г. Санкт-Петербурга, фамилия архитектора пишется Шарль Мань) и П.И. Висконти. Людвиг Иванович Шарлемань-Боде родился в 1784 г., окончил Императорскую Академию Художеств с аттестатом первой степени и чином 14-го класса, его выпускной архитектурный проект оценен золотой медалью второй степени. В 24 года он становится помощником архитектора при кабинете Царского Двора и Санкт-Петербурском генерал-губернаторе, в 1813 г. удачно выполнил задание освидетельствования Белостокского дворца и составил проект его переделки. Через 7 лет назначен архитектором в ведомство Гоф-интендантской конторы с поручением наблюдения, сначала, за Таврическим, а позже и за Зимним дворцом, в его ведении находились Елагинский дворец, «собственная» Царская дача, дворцовые дома и другие строения. В 1830 г. он осматривает внутренние повреждения Петропавловского собора в Петропавловской крепости Санкт-Петербурга, предлагает эффективные методы их исправления. Особо плодотворным было его участие в трудах Высочайше образованного Комитета для рассмотрения составленного А. Витбергом проекта Храма Христа Спасителя в Москве. Помимо официальных работ им, совместно с архитектором Висконти, выполнялись и работы частные, проектирование церквей в Екатеринославе (им также был спроектирован и Успенский собор, который был построен на несколько лет раньше, чем Троицкий собор, в настоящее время в перестроенном помещении этого храма располагается 10-я городская больница) было одной из таких работ. Автор проекта умер до начала строительства собора в 1845 г., и его могилу можно найти на Волковом В 1862 году началось строительство колокольни, которая являлась самым высоким сооружением в Екатеринославе того времени. В дальнейшем в конце ХІХ века здание храма и колокольни стало единым архитектурным целым: их соединили между собой.

Во второй половине ХІХ в. собор исполнял функции городской приходской церкви. Судя по «Епархиальным ведомостям», начало изданию которых, положил уже упоминавшийся епископ Феодосий Макаревский, причт собора состоял из трех священников, одного диакона, двух-трех псаломщиков. Духовенство, кроме прямых священнических обязанностей, принимало участие в работе церковных административных учреждений, занималось преподавательской деятельностью, активно проповедовало.

«Епархиальные ведомости» за 1872 г. иллюстрируют эту картину: настоятель собора, протоиерей Григорий Стадницкий – член Екатеринославской духовной консистории, член новоучрежденного епархиального цензурного комитета и цензурного отделения Екатеринославского уезда, казначей попечительства о бедных духовного звания, преподаватель словесности, епархиального женского училища; священник Григорий Белосветов – преподаватель Закона Божия в епархиальном женском училище; священник Лаврентий Мальчевский – председатель Совета епархиального женского училища. В документах этого периода церковь называется то Свято-Духовской, то Троицкой. Последнее название сохранилось до нынешнего времени.

XX век стал для собора периодом испытаний. Страна вступила сначала в полосу революционных испытаний и мировую войну, а позже в период государственного атеизма.

В 1909 году происходят масштабная реконструкция внутреннего интерьера, производится обновление настенных росписей. Руководство процессом и большую часть работ по внутренней росписи осуществил известный украинский художник и мастер иконописи И.С. Ижакевич. Иконописное образование художник приобрел в Киевской Лаврской иконописной мастерской и киевской рисовальной школе (Академией художеств руководил Н.И. Мурашко, который привлек своего талантливого ученика к начавшейся в 80-х гг. XІX в. реставрации Кирилловской церкви: задачей художника стало восстановление фресок ХІІ в). Уже в 1884 г. Ижакевич – студент Петербургской Академии художеств и сотрудник журналов «Нива» и «Живописное обозрение». По окончании Академии художник становится руководителем и педагогом иконописной мастерской Киево-Печерской Лавры. В этой обители под его руководством расписана трапезная палата Трапезной (Антоние-Феодосиевской) церкви, Всехсвятская церковь, а также входные врата Лавры с изображением всех преподобных Ближних и Дальних пещер. К этому же периоду творчества относятся и его росписи, произведенные в Троицкой церкви, среди которых особого внимания заслуживают изображения святых евангелистов на парусах центрального нефа и святые, написанные во весь рост на пилонах собора – славянские первоучители Кирилл и Мефодий, первоверховные апостолы Петр и Павел. Авторство Ижакевича, ставшего впоследствии народным художником УССР и признанным иллюстратором произведений Т.Г. Шевченко, было установлено лишь во второй половине ХХ века.

В начале ХХ века собор продолжает функционировать как приходская церковь. Статистические сведения за предвоенный 1908 г., дают нам следующую информацию. К собору приписано около двух тысяч прихожан, при соборе существует церковно-приходская школа. Штат состоит из трех священников, диакона и трех псаломщиков, причем священно и церковнослужители не получают штатного жалования, а пользуются процентами с капитала (около пяти с половиной тысяч рублей).

В числе наличного состава причта: настоятель, протоиерей Василий Григорьевич Разумов 1862 года рождения, выпускник Киевской Духовной Академии, законоучитель, отец семерых детей, с момента принятия сана в 1887 г. священник, а позже настоятель Свято-Троицкой церкви; вторым священником был, окончивший Могилевскую Духовную семинарию, 56-летний Стефан Константинович Хондажевский – председатель Екатеринославского уездного отделения епархиального училищного совета; третий священник – 27-летний выпускник Киевской Духовной Академии – Дмитрий Петрович Шнурков. Диаконское место было свободным. Кроме того, в состав причта входили три псаломщика, один из них диакон, церковный староста, три заштатных священника (современными словами – пенсионера) и три вдовы священно и церковнослужителей собора, среди которых вдова бывшего настоятеля Анна Федоровна Стадницкая. С 1897 года при храме действовало Приходское попечительство с капиталом в 54 тысячи рублей, одна свечная лавка и двенадцать других по распространению печатной и художественно-прикладной церковной продукции. Семьи причетников были удивительно многодетными, например, в семье настоятеля воспитывались семеро чад.

В первые годы Советской власти Спасо-Преображенский собор оказывается в руках обновленцев, а вскоре и вовсе закрывается, и кафедра правящего архиерея перемещается в Троицкий собор, а по соседству на улице Красной размещается архиерейский дом, первым насельником которого стал владыка Агапит.

Во времена воинственной атеизации советского общества (30-е гг. ХХ в.) Троицкий собор закрывают. В пустом неотапливаемом помещении находится фуражный склад, стены храма прорублены для сооружения ярусов настилов. Перепады температур, грязь, бесхозяйственность нанесли непоправимый вред внутреннему убранству собора и более всего его росписям. В наполненном испытаниями и скорбью 1941 году в храме возобновляются богослужения, которые не прекращались больше ни на один день. В 1943 г. в неразберихе, царившей в городе при освобождении, погиб настоятель храма протоиерей Владимир Капустинский (до революции был инспектором епархиального женского училища и настоятелем Введенской церкви). 27 октября 1943 г., через два дня после освобождения Днепропетровска во дворе храма был расстрелян протодиакон Троицкого собора Илларион, могила которого расположена на территории собора. Возле собора нашли вечное упокоение и мирные жители которые в 1941 году стали жертвами немецких бомбардировок.
С 1944 г. церковная община занимается восстановлением и ремонтом собора. Приблизительно в это же время происходит реорганизация Днепропетровской епархии, и собор снова становится кафедральным, т.е. резиденцией правящего архиерея. Такое повышение статуса собора позволило начать капитальные реставрационные работы.

В 1944 г. епархиальным архиереем становится архиепископ Андрей (Комаров), могила которого находится на территории Троицкого собора. При нем до 1955г. настоятелем собора был протоиерей Виталий Турбин (11 лет), которым был установлен новый, выполненный в цвете иконостас, знавшие отца Виталия старожилы отмечают поразительное сходство между ним и изображением евангелиста Луки в Царских Вратах центральной части иконостаса. Выдающимся восстановителем храма был архиепископ Гурий (Егоров), назначенный на Днепропетровскую кафедру в 1955 г.

Именно он смог оценить уцелевшие фрагменты росписи храма и вызвал из Москвы реставраторов, среди которых по счастливой случайности оказался ученик Ижакевича В.Н. Кутлинский, который и подтвердил предположение архиепископа Гурия, что автором большинства росписей является Ижакевич. Примерно в это же время, удалось найти престарелого помощника Ижакевича по работам 1909 г. Это был некто Ф.З. Коновалюк, который также подтвердил авторство росписей, и открыл много подробностей о периоде тех реставрационных работ. При Владыке Гурии на передних колоннах вместо изображений святителя Николая и апостола Андрея Первозванного появились изображения Пресвятой Девы Марии и архангела Гавриила (композиция Благовещение). Эту роспись выполнила матушка Зинаида Северина.

Среди выдающихся настоятелей послевоенного периода старожилы собора вспоминают отца Алексия Жбанчика. Настоятель протоиерей Константин Стаховский, до 1939 г. проживавший в Холмщине, выпускник богословского факультета Варшавского университета, закончил реставрацию, начатую при архиепископе Гурии. Кроме того, в 1971-72 гг. с благословения владыки Антония (Вакарика) трудами настоятеля отца Константина Стаховского и старосты Прокофия – будущего монаха Псково-Печерского монастыря Платона, было проведено отопление, выстроены необходимые для собора хозяйственные помещения – просфорня, склады и т.п. Получить разрешение на все эти работы в период массового закрытия церквей было делом нереально сложным, практически неразрешимым, но собор продолжал жить и преображаться. При настоятеле Анатолии Северине иконостас собора принял настоящий вид: по белому фону был покрыт позолотой. Также замечательны имена последующих настоятелей: архимандрита Калинника (бывшего насельника и казначея Почаевской Лавры), протоиерея Константина Огиенко, тщанием которого были установлены позолоченные кресты на куполах, а также ныне здравствующего настоятеля Свято-Благовещенской церкви г. Днепропетровска протоиерея Георгия Свирякина. Особого воспоминания достойны труды ключаря собора протоиерея Анатолия Рафальского, состоящего в клире с 1984 г.

С 1993 г. по нынешнее время Архиереем Днепропетровской и Криворожской (позже Днепропетровской и Павлоградской) епархии является Митрополит Ириней, под особым архипастырским окормлением которого находится его кафедральный храм, а бессменным настоятелем с этого же времени является протоиерей Владимир Аксютин (выпускник Санкт-Петербургской Духовной семинарии и Московской Духовной Академии, клирик собора с 1984 г., с 1992 по 1993 гг. – ключарь собора, с 1993 г. и поныне – настоятель). Под руководством Высокопреосвященнейшего Архипастыря и
тщанием отца настоятеля за эти годы проведена такая капитальная реконструкция собора, которой храм не видел со дня своего основания: полностью обновлен фасад храма, перекрыта крыша, обновлены купола, поменяны все окна и установлены гранитные подоконники а так же благоустроена территория вокруг него, высажены декоративные клумбы, облагорожены захоронения и восстановлены имена упокоившихся у стен собора, произведена основательная отчистка стен от копоти до самых куполов и обновлена роспись внутреннего интерьера, освобожден от хозяйственных помещений и расписан изображениями святых небесных сил бесплотных (архангелов и ангелов) притвор (роспись выполнена отцом Андреем Пономаренко), впервые вместо деревянных полов в храме положен гранитный орнаментальный пол, придающий собору особое великолепие. Храм радиофицирован, отремонтирован малый нижний храм в честь Рождества Христова (крестильный), в нижней части храма обустроена трапезная для работников и прихожан, внешней росписью храма в настоящее время занимается отец Димитрий Гаврилюк.

Многие организации и частные лица вносили свой посильный вклад в обновление собора. В один ряд с прежними фундаторами Ф. Дупленко и А. Кирпичниковым необходимо поставить и промышленника Д. Визгалова который понес основные заботы по современной капитальной реставрации Свято-Троицкого собора.
Для истории Свято-Троицкого собора эти имена священны: Ф. Дупленко, А. Кирпичников, Д. Визгалов.

В настоящее время начата реконструкция всех подсобных помещений в единое архитектурное сооружение, где будут размещаться воскресные школы, духовно-просветительский центр.

Полтора века украшением города является Свято-Троицкий кафедральный собор, который, будучи Домом Божьим, обновляется и расцветает вместе с преображением душ своих прихожан (скольких он повидал?). И едва ли мы найдем в нашем городе здания-ровесники нашему главному храму в таком великолепном состоянии, а объяснение этому несложное: что посвящено Богу, будет жить в веках.