К 1880-м годам в Аргентине проживало большое количество православных греков, южных славян, арабов и румын. Однако православного прихода в стране не было. 1 (13) октября 1887 года от православных жителей Буэнос-Айреса поступило обращение к Императору Александру III с просьбой об открытии православного прихода. Ходатайство поддержали русский посланник в Бразилии и Аргентине Александр Ионин и Обер-прокурор Святейшего Синода Константин Победоносцев. В результате 14 (26) июня 1888 года была устроена первая православная церковь в Южной Америке.
Первая литургия была отслужена 1 (13) января 1889 года.
Храм был причислен к Императорской миссии и располагался на улице Талькауано в частном доме в двух небольших комнатах. Впоследствии церковь была перенесена на улицу Дефенса.
В 1890-е годы в Аргентине увеличилось количество выходцев из России, большинство из них было еврейского происхождения. В результате аргентинцы стали идентифицировать евреев с русскими, а иудаизм — с русской верой. Последний факт, наряду с теснотой существовавшей церкви, побудил назначенного в приход в 1891 году священника Константина Изразцова устроить в Буэнос-Айресе отдельный русский православный храм.
В конце 1894 года был приобретён участок земли для строительства церкви. Пожертвования собирались большей частью в России: распространялись воззвания, произносились проповеди в различных городах. 5000 рублей пожертвовал Император Николай II. Среди других жертвователей были Вдовствующая Императрица Мария Федоровна и святой праведный Иоанн Кронштадтский.
Закладка храма произошла 6 (18) декабря 1898 года в присутствии дипломатического корпуса и представителя Президента Аргентины. Проект был разработан действительным членом Императорской Академии художеств Михаилом Преображенским, строительство осуществлял аргентинский архитектор Алехандро Кристоферсен.
23 сентября (6 октября) 1901 года Свято-Троицкая церковь была освящена в присутствии дипломатического корпуса и Президента республики Хулио Рока.
В 1910-е годы при храме были открыты потребительская лавка, приют для нуждающихся, бесплатная читальня и культурно-просветительский кружок, любительский хор и драматическая труппа. Приход вёл сборы денег в пользу бедных, осуществлял помощь в возвращении в Россию. Настоятель храма до 1917 года занимал должность секретаря дипломатического отдела Российской миссии в Буэнос-Айресе. В 1911 году был приходом построен доходный дом на улице Европа (современный адрес: Carlos Calvo, 500).
С 1920-х годов приход стал исключительно русским по национальному составу, так как греки и арабы устроили свои храмы. Храм находился в юрисдикции Архиерейского Синода Русской Православной Церкви Заграницей.
С 1926 года протоиерей Константин Изразцов стал протопресвитером и администратором русских православных церквей в Южной Америке. 23 сентября того же года основана Русская православная ассоциация в Аргентине, президентом которой с самого начала является настоятель Троицкого собора.
После Кливлендского собора 1947 года протопресвитер Константин Изразцов идет на канонические преступления: вопреки строгому запрету Первоиерарха РПЦЗ митрополита Анастасия (Грибановского), он изменяет Устав юридической Ассоциации, представлявшей храмовое имущество перед Аргентинским правительством и покидает РПЦЗ. Затем, также нарушая церковные каноны, без отпустительной грамоты архиерея, вместе с Свято-Троицким храмом и некоторыми другими приходами переходит в неканоническую Северо-Американскую митрополию. За указанные действия Указом Синода РПЦЗ этот клирик был запрещен в священнослужении.
В 1948 году по просьбе протопресвитера Константина Изразцова Президент Аргентины Хуан Доминго Перон издал указ о приёме в страну 10 000 бывших советских граждан. Однако большинство перемещённых лиц не пошли за отцом Константином, предпочтя остаться в составе Русской Зарубежной Церкви. До 1980-х годов югославы, болгары и румыны продолжали составляли костяк прихожан Троицкого храма.
В июне 1949 года в Буэнос-Айресе состоялось Учредительное Собрание «Российской Колонии в Аргентине», на котором присутствовало свыше 400 человек, в том числе представители большинства Российских общественных организаций в Аргентине. Это Собрание «отвергло с негодованием оскорбительные заявления протопресвитера Константина Изразцова» против митрополита Анастасия (Грибановского), «вождя русской эмиграции», в связи с отчуждением храмового имущества Свято-Троицкого Храма.
Протопресвитер Константин Изразцов умер 6 января 1953 года, и его место главы Русской Православной Церкви в Аргентине и президента Ассоциации занял митрофорный протоиерей Фёдор Форманчук.
Перед Пасхой 1961 года храм вместе с клиром вернулся в Русскую Зарубежную Церковь.
В 1988 году Русская Зарубежная Церковь праздновала 1000-летие крещения Руси. В том же году Русская Православная Церковь отметила столетие своего существования в Аргентине. Были проведены различные церковные службы, на которые были приглашены, в числе прочих, епископ Буэнос-Айресский Геннадий (Хрисулакис) (Константинопольский Патриархат), который прибыл в сопровождении священников, и архимандрит Вениамин (Вознюк) из Сантьяго.
В августе 1991 года в Буэнос-Айресе состоялся Седьмой Всезарубежный Съезд Русской Православной Молодёжи, литургическим центром которого был Свято-Троицкий храм. В съезде приняли участие более ста представителей молодёжи из разных стран. На съезд прибыл Первоиерарх РПЦЗ митрополит Виталий (Устинов).
8 декабря 1997 года Свято-Троицкий собор посетил митрополит Смоленский и Калининградский Кирилл (ныне Святейший Патриарх Московский и всея Руси).
В 1998 году отмечался столетний юбилей со дня освящения Свято-Троицкого храма. В церковных торжествах принимало участие большое количество гостей, как из Аргентины, так и из за рубежа, в том числе архиепископ Сиракузский и Троицкий Лавр (Шкурла) (впоследствии Первоиерарх РПЦЗ) и епископ Буэнос-Айресский и Южно-Американский Александр (Милеант). Были проведены концерт в столичном театре Сан Мартин и различные выставки. Были отчеканены копии памятной медали, выпущенной по случаю закладки первого камня в фундамент храма. 14 июня на литургии в храме, а затем на банкете, устроенном в «Президент Отеле» столицы, присутствовали глава Секретариата по взаимодействию с некатолическими вероисповеданиями доктор Сентено, нынешний директор Национального Реестра Вероисповеданий доктор Хосе Карнило Кардосо, члены правительства и представители сербской, сирийской и болгарской общин. В праздновании принимали активное участие члены различных русских общественных организаций, учреждённых в Республике Аргентине.
В годы, предшествовавшие подписанию Акта о каноническом общении между РПЦ и РПЦЗ община храма стала одним из центров оппозиции движению внутри РПЦЗ навстречу сближению с Московским Патриархатом. В 2006 году в Сан-Францисско прошел IV Всезарубежный Собор, абсолютным большинством голосов принявший решение об объединении и восстановлении канонического общения с РПЦ, при сохранении внутренней автономии РПЦЗ.
Одним из делегатов на этот Собор от Южноамериканской епархии был сын тогдашнего настоятеля храма святой Троицы, священник Александр Ивашевич. Перед своим отъездом на Собор он говорил своей пастве о своей позиции: против объединения «с Москвой», но также и о том, что в случае принятия Соборного решения о Восстановлении канонического общения, он ему подчинится. По возвращении в Буэнос-Айрес о. Александр вместе со своим отцом Валентином Ивашевичем, и некоторыми другими клириками епархии, отказались подчиниться решениям Собора, войдя вскоре в состав раскольнической группировки изверженного из сана бывшего епископа РПЦЗ Агафангела (Пашковского). В это время Южноамериканская епархия, после смерти в 2005 году еп. Александра (Милеанта) временно вдовстовала.
В 2008 году сюда был назначен епископ Иоанн (Берзинь), который поставил своей главной задачей — «исцелить раскол и вернуть паству и наши храмы». В 2010 году Архиерейский Синод Русской Зарубежной Церкви направил клиру Южно-Американской епархии, выбывшему из состава РПЦЗ, Открытое письмо, призывая их к покаянию. Неоднократно бунтующих приглашал вернуться, с обещанием полного прощения, и правящий архиерей Южноамериканской епархии, епископ Иоанн Каракасский. Однако призывы не были услышаны. В 2010 году Клирики храма были запрещены в священнослужении.
В 2015 году скончался его последний настоятель протоиерей Валентин Ивашевич, находясь под запрещением. Его сын, Александр, находясь под запретом, самовольно объявил себя настоятелем. Через два года, Указом Синода РПЦЗ от 1 декабря 2017 года, Александр Ивашевич был окончательно извержен из сана.
6 октября 2021 года храм Святой Троицы в Буэнос-Айресе отмечал 120-летие со дня его освящения, пытаясь пригласить на праздничные мероприятия представителей Поместных Православных Церквей и общественности Аргентинской столицы. Таким образом, захватившие управление храмом лица пытались утвердить свое влияние, утверждая, будто они принадлежат к Русской Зарубежной Церкви. В связи с этим, Канцелярия Южноамериканской епархии опубликовала на своем официальном сайте Извещение о незаконности данных действий.