Построили храм в рекордно короткие сроки: в 18471849 годах при незначительных затратах заводских средств. В основном за счет прихожан по инициативе заводчиков Зотовых. Зотовы сами выходцы из старообрядцев и предназначение нового храма понимали. Единоверческая церковь, по сути, защищала бывших староверов от притеснений, которые возобновились в эпоху Николая I напуганный восстанием декабристов монарх видел в старообрядцах политическую угрозу. Возвращение в единоверие было вполне приемлемым компромиссом, хотя далеко не все староверы им воспользовались.
Это понимал и управляющий Тит Зотов, старовер, решивший построить новую церковь, посчитал, что ему выгоднее сделаться единоверцем, вписаться в новый государственный политический «тренд».
Имя архитектора храма не известно. Скорее всего, Зотовы воспользовались готовым проектом по епархиям как раз были разосланы рекомендации по строительству новых храмов, к которым прилагались типовые чертежи. Типовой проект мог быть использован и в целях экономии.
В книге «Приходы и церкви Екатеринбургской епархии» содержится описание Троицкой церкви: «Храм каменный, трехпрестольный; правый придел в честь Богоявления Господня и левый в честь Казанской иконы Божьей Матери. Главный храм и левый придел доселе не освящены. Правый придел в честь Богоявления Господня освящен 21 ноября 1894 года. Храмов доселе существует в своем первоначальном виде. К приходу принадлежат единоверцы села Губернского в 25 верстах, деревни Сак Элгинской в 30 верстах и Нижне-Кыштымского завода в 5 верстах, всего числится в приходе 673 душ мужского и 744 душ женского пола. Причта по штату положено: 1 священник и 1 псаломщик. Для священника имеется церковный дом».
Единоверческий характер Троицкой церкви не слишком притягивал прихожан. В 1911 году в Кыштым прибыл высокий церковный сановник преосвященнейший епископ Екатеринбургский и Ирбитский Митрофан. Посетив Свято-Троицкую церковь, он писал в «Екатеринбургских епархиальных ведомостях»: «Прихожане не отличаются особой любовью к посещению храма. Служение в единоверческих приходах для духовенства является своего рода подвигом. Особенно трудно живется священнику, по рождению и воспитанию своему происходящему из православной семьи. Незнакомый ни с духом единоверия, ни с той средой, среди которой ему предстоит совершать высокий подвиг пастырского служения. Но едва приходит новый священник, как сразу наталкивается на парящие в приходе раздоры, происходящие от разногласия и соблюдения тех или иных обычаев, зачастую нигде не записанных».
В годы советской власти Свято-Троицкая церковь не избежала участи других культовых сооружений в начале1930-х годов она была закрыта.
В государственном архиве Екатеринбурга есть дело о закрытии церквей в Кыштыме, рассказывает прихожанка храма Ольга Рудакова. Любопытное дело, подшитое в рукописных вариантах, со стенограммами заседаний. По ним видно, что прихожане до последнего старались отстоять свой храм, даже направили письмо в адрес ВЦИК (Всесоюзный центральный исполнительный комитет), которое подписали 142 прихожанина с очень кыштымскими фамилиями: Норкины, Мыларщиковы, Юдины, Сырейщиковы. Увы, советские власти просьбу проигнорировали.
Здание некоторое время пустовало, а затем было передано механическому заводу. В архивных документах значится, что «в церкви должна разместиться столовая для литейного цеха», затем в ней сделали молодёжное общежитие. В 1934 году там был организован клуб имени Кирова, в котором проходили торжественные заседания и был организован кинотеатр. Позднее в клубе организовался заводской музей.
От церковной утвари практически ничего не осталось лишь чудом сохранилась чугунная плита с указанием даты постройки храма, которая сейчас хранится в музее Кыштымского машиностроительного завода. Надпись на ней гласит: «Сей камерный трехпрестольный единоверческий храм во имя живоначальной Троицы, богоявления Господня и Казанской Божьей матери заложен в лето от Рождества Христова 1847 октября и 5 день благополучного царствования императора Николая Павловича всея России по благословлению архиепископа Пермского и викария Ионы, епископа Екатеринбургского, священником Михаилом Копьёвым. Сей правый предел богоявления Господня освящен 1849 года ноября 21 день».
Также бытует легенда, что когда в 1935 году со звонницы снимали колокола, то один из них покатился по крутому берегу в воду и до сих пор лежит на дне заводского пруда