Крупнейшим на сегодняшний день храмом Брянской области стал Троицкий собор (площадь нижнего яруса составляет 1000 м², верхнего яруса – 882 м²). Прежний брянский кафедральный собор (так называемый Новопокровский) был разрушен в 1968 году, поэтому с восстановлением епископской кафедры в Брянске встал вопрос о сооружении нового вместительного кафедрального собора. До его сооружения кафедральным собором считалась Воскресенская церковь.
30 мая 2005 года Патриарх Алексий II ознакомился с проектом храма и благословил его возведение.
Работы по сооружению собора начались в 2006 г., и уже 3 октября 2009 года в цокольном помещении возводимого собора была совершена первая Божественная Литургия. В декабре 2011 года были освящены престолы нижнего яруса собора: главный престол – в честь иконы Божией Матери Свенская, правый придел – во имя Преподобного Благоверного князя Олега Брянского, левый – во имя Святителя Феофилакта. Освящение совершил епископ Брянский и Севский Феофилакт.
24 мая 2012 года, в праздник Вознесения Господня и день памяти святых равноапостольных Кирилла и Мефодия была совершена первая Божественная литургия в верхнем ярусе Брянского кафедрального собора, которую возглавил епископ Брянский и Севский Александр.
23 июня 2012 года 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.
1 июля 2012 года Святейший Патриарх Московский и всея Руси Кирилл совершил чин великого освящения престола верхнего яруса кафедрального собора.
В храмовый комплекс Кафедрального собора входит также отдельно стоящая колокольня «Пересвет» высотой 70 м (по проекту – 65 м), крест с куполом на которой были установлены 24 июня 2011 года.