Свято-Троицкий собор является кафедральным храмом города Вязьмы. Он расположен на высоком Соборном холме над рекой Вязьмой, на месте бывшей Вяземской крепости.
Первый Николаевский собор был построен на территории укрепленного городища еще в 12 веке. Упоминания о нем есть в «Житии Преподобного Аркадия Вяземского и Новоторжского», однако, на протяжении столетий храм часто разрушался во время войн.
Тот собор, который мы видим сейчас, был построен на средства царя Алексея Михайловича в 1674 году и освящен в честь иконы Святой Троицы. В 1812 году французские войска расположили здесь соляной склад, в результате чего собор очень сильно пострадал, однако, к 1815 году был восстановлен.
В 19 веке местные купцы на свои средства пристроили к собору приделы Иверской иконы Божьей Матери, куда был перенесен список с Московской чудотворной иконы Иверской Божьей Матери. В итоге на соборном холме сформировался большой храмовый комплекс, который мы видим сейчас. В 2009 году у подножия Соборного холма была построена часовня Аркадия Вяземского.