Po balkánskych vojnách, ako aj prvej svetovej vojne sa začal prudko zvyšovať počet obyvateľov južnej plovdivskej štvrte „Kiučuk Pariž“, keďže sa tam masovo sťahovali bulharskí utečenci z regiónov Východnej Trácie a Egejskej Macedónie. V roku 1924 sa k týmto utečencom pripojili aj presídlenci z bulharského čiernomorského pobrežia (tiež pôvodne utečenci), ktorí tam nenašli uspokojivé živobytie. Keďže sa tak zvýšila potreba existencie chrámu v tejto časti mesta, v tom istom roku sa začalo s výstavbou chrámu svätej Trojice. Tomuto významne napomohol Pavel Kalpakčiev, majiteľ továrne na tehly, nachádzajúcej sa v blízkosti, ktorý venoval ako tehly na výstavbu, tak aj finančné prostriedky. Výstavba budovy bol ukončená v roku 1928. V súčasnosti je chrám funkčným farským chrámom Bulharskej pravoslávnej cirkvi a konajú sa v ňom pravidelné božské liturgie. Pri chráme funguje nedeľná škola vierouky.