История Троицкого собора начинается в 1909 году, когда жители Щелковской слободы получили благословение митрополита на возведение храма. В 1912 году с разрешения императора Николая II храм получил наименование «В память рождения Наследника Цесаревича Алексия”. Троицкий собор – единственный храм в России, посвященный царевичу Алексию, возведенный и освященный еще при жизни самого святого.
В 1929 году здание собора использовалось под театр, а во время Великой Отечественной войны в соборе оборудовали литейный цех по изготовлению гранат.
Собор вновь вернули верующим лишь в 1991 году, когда была совершена первая Божественная литургия.
В 2011 году Святейший Патриарх Московский и всея Руси Кирилл посетил собор и преподнес в дар икону Сошествия Святого Духа на апостолов.

Проект храма выполнен московским архитектором Сергеем Михайловичем Гончаровым (1862-1935) - дальним родственником Н.Н. Гончаровой, жены А.С. Пушкина.