Obiekty duchowe były przechowywane od setek lat w miejscu dzisiejszej katedry Świętej Trójcy. W pobliżu znajdował się kościół Świętego Krzyża – według niektórych raportów pierwszy kościół katolicki w mieście. Historia klasztoru bernardynów, w którym obecnie mieści się główna świątynia prawosławna, sięga 1643 r. W tym czasie szlachetna dama Agnieszka Staniszewska przedstawiła ziemię pod kościołem Świętego Krzyża Zakonowi Bernardynów. Założyli tutaj klasztor. Agnieszka Staniszewska przekazała Bernardynom szpitale i sąsiedni dom. W 1648 r. Podczas wojny wyzwoleńczej pod dowództwem Bohdana Chmielnickiego kościół i klasztor zostały zniszczone. Klasztor został splądrowany i podpalony, zburzono meble i ołtarz, skradziono dzwony, ikony i klejnoty. Bernardyni wrócił do miasta, ale doznały kolejnego pożaru w 1696 r. Najsmutniejsze było to, że organ został podpalony przez organistę, aby ukryć kradzież. Po tylu niepowodzeniach rozpoczęła się jednak budowa kamiennego klasztoru. Później kościół został odbudowany. Budowa została ukończona w 1789 roku. W 1853 r. bernardynowie zostali zmuszeni do opuszczenia miasta. Świątynia pozostała sanktuarium parafialnym łuckich katolików do 1864 r., kiedy ona została przekazana prawosławnym, co w mieście stanowili zaledwie około 5%. Katedra została odbudowana pod przewodnictwem 13 architektów i projektantów. W 1880 roku katedra została uswięcona. Od tego czasu stała się główną świątynią prawosławną w Łucku.