Die Dreifaltigkeitskathedrale (russisch: Троицкий собор, Troitski sobor) ist eine russisch-orthodoxe Kathedrale im Zentrum von St. Petersburg und gehört zu den markantesten Bauwerken der Stadt. Sie wurde als Regimentskirche für das Ismailowskij-Regiment errichtet.
Der im spätklassizistischen Stil von 1828 bis 1835 nach Plänen des Architekten Wassilij Petrowitsch Stasow (1769-1848) erbaute Zentralbau wird von einer zentralen großen Kuppel und vier kleineren Nebenkuppeln gekrönt, die sich durch ihre ungewöhnliche blaue Farbgebung auszeichnen. Die blauen Kuppeln waren früher mit goldenen Sternen besetzt. Die Kirche verfügt über eine reiche Innenausstattung. Die dreischiffige Kirche ist durch mächtige Säulen mit korinthischen Kapitellen gegliedert. Die Malereien an den Gewölben und in der Kuppel wurden nach Entwürfen von Giacomo Quarenghi geschaffen. Die Ikonostasen aus weißem Marmor und rotem Achat sind unter anderem mit Kopien der Werke von van Dyck, Rubens und Reni versehen.
Infolge der Russischen Revolution wurde 1922 ein Großteil der Kirchenschätze geplündert und die Kirche im Jahr 1938 endgültig geschlossen. Sie diente daraufhin als Lagerhaus des Postministeriums und wurde erst 1990 der russisch-orthodoxen Kirche zurückgegeben.
Vor kurzem begann man mit den Restaurierungsarbeiten, um den vorrevolutionären Zustand der Kirche wieder herzustellen. Dabei entstand am 25. August 2006 ein Großbrand, infolgedessen die Hauptkuppel, eine der größten und bedeutendsten Holzkuppeln Europas, und eine der Nebenkuppeln einstürzten. Die drei anderen Nebenkuppeln wurden durch das Feuer beschädigt. Alle Kirchenschätze konnten jedoch vor dem Brand in Sicherheit gebracht werden. Der Schaden soll sich auf bis zu 5 Millionen Euro belaufen. Die Kathedrale soll wieder aufgebaut werden.