Первые исторические свидетельства о Крестовоздвиженском храме относятся к XX веку. По преданию, одному из крестьян приснился сон, в котором к нему явился преподобный Сергий Радонежский и указал место, на котором в последствии и воздвигли церковь. В строительстве церкви принимало участие много благотворителей. Крестьянин П. С. Безматерных специально организовал производство кирпича для храма. Кладка стен производилась на известняковом растворе с добавлением яичного белка, для чего по деревням ходили специальные сборщики яиц. Щедро жертвовали свои капиталы богатые мужики. На настенную роспись полторы тысячи рублей передал житель деревни Верхнее Егорово Гилев Петр Данилович. Большой иконостас приобрел житель деревни Говырино Иван Семенович Безматерных, а его брат Петр Семенович купил большое паникадило, житель деревни Сопени Вшивков Савелий Васильевич приобрел колокол весом в 60 пудов. Колокола поменьше и другую утварь жертвовали храму менее имущие жители. Освятили Крестовоздвиженскую церковь в феврале 1906 года. 2164 прихожанина церкви проживали в селах Говырино и Воробьи, а также в деревнях Воробьевской волости. В приходе храма были три земских школы. Первым священником Крестовоздвиженской церкви в феврале 1906 года стал Иоанн Ладыжников. С октября 1906 года священником был назначен Петр Семенович Конюхов. В годы коллективизации Крестовоздвиженская церковь продолжала принимать прихожан. В 1933 году власти сняли церковные колокола. Закрыть храм и передать здание под клуб местные власти решили в сентябре 1941 года, но областной исполнительный комитет это решение не утвердил. Известно, что в годы Великой Отечественной войны церковь была действующей. В архиве сохранились документы, из которых следует, что в 1947 году верующие обратились к властям с просьбой об открытии Крестовоздвиженского храма, который, очевидно, к этому времени успели закрыть. 23 июня 1947 года церковный совет Крестовоздвиженской общины был зарегистрирован. Действующим храм был недолго. В соответствии с постановлением совета по делам Русской Православной Церкви от 30 мая 1960 года церковь закрыли, а здание отдали под зерновой склад. Возрождение Крестовоздвиженской церкви началось через тридцать лет. В 1995 году храм передали Православной Церкви. По инициативе архимандрита Стефана, настоятеля Свято-Троицкого Стефанова мужского монастыря здесь открыли монастырский скит. Восстанавливать церковь и создавать хозяйство был назначен иеромонах Герасим. 27 сентября 1995 года состоялось освящение храма. Его провел настоятель Пермского Свято-Троицкого Стефанова монастыря игумен Стефан (Сексяев). После перевода иеромонаха Герасима в другой монастырь начальником скита стал иеромонах Филипп (Чебыкин). Официальный сайт Пермской епархии. http://www.permeparhia.ru/
Каменная церковь была построена в 1828 году, строительство было произведено в основном на средства, пожертвованные мастеровыми от своих заработков. Строителем церкви был избранный прихожанами отставной мастеровой Иван Ильин Васильев (ум. 18 ноября 1835 года). Колокольню по проекту губернского архитектора Васильева (нижний ярус в классическом стиле) возводил мастер Никанор Белоногов.
15 (27) марта 1836 года состоялось освящение церкви во имя Святой Живоначальной Троицы.
Облик Свято-Троицкого храма был необычен в сравнении с другими храмами Перми начала XIX в. Украшенный кокошниками и резьбой, четверик с пятью куполами напоминал Московские и Соликамские храмы XVI-XVII вв., сочетал в себе элементы древнерусского и классических стилей. Позже были построены боковые приделы. Южный (правый) посвятили празднику Сретения Господня. Северный теплый придел был освящен 26 мая 1863 г. в честь Успения Божией Матери.
В 1824 году в Мотовилихинском заводе по указу было учреждено новое кладбище. С 1826 года стали совершатся погребения при Свято-Троицкой церкви, заалтарная часть которого стала местом упокоения мотовилихинского духовенства, прежде всего местных священнослужителей и членов их семей. Кроме могил духовенства на церковном кладбище был представлен и ряд других захоронений – благотворителей и общественных деятелей Мотовилихи того времени, в т.ч. известного изобретателя Николая Гавриловича Славянова. Церковное кладбище было ликвидировано (срыто с землёй) после перезахоронения останков Славянова Н.Г. в 1948 году.
В 1901 году под наблюдением архитектора А.И. Ожегова была проведена реконструкция Свято-Троицкой церкви, в частности был надстроен верхний ярус колокольни (в древнерусском стиле).
14 октября 1928 года Его Высокопреосвященством Епископом Пермским Священномучеником Павлином (Крошечкиным) и его викарием Епископом Соликамским Хрисанфом (Клементьевым) Мотовилихинская Свято-Троицкая церковь в год своего 100-летия была возведена в ранг Собора.
Наиболее выдающимися священниками и настоятелями Свято-Троицкой церкви за всю её историю были: иерей Евфимий Андреев Конюхов, основатель священнической династии, служивший с 1827 по 1857 годы; протоиерей Василий Степанов Земляницын, прежде настоятель Петро-Павловского Собора; протоиерей Александр Яковлевич Попов, бывший настоятелем 34 года, с 1864 по 1900 годы; протоиерей Иоанн Алексеевич Никитин; иерей Василий Георгиевич Морозов; протоиерей Павел Васильевич Конюхов (внук Евфимия Конюхова), последний настоятель Свято-Троицкого Собора Мотовилихи.
В советскую эпоху гонений на церковь и веру 15 мая 1936 года Свято-Троицкий собор был закрыт. Последний настоятель храма и все священники были арестованы и погибли в лагерях. Многие десятилетия здание церкви занимал хлебозавод №3.
Активное сопротивление прихожан повлияло на затягивание срока закрытия храма. Богослужения в нем продолжались до 1935 г. когда был арестован настоятель — о. Павел Конюхов . Формально поводом для ареста послужил донос, где говорилось, что священник помянул за литургией убиенного Императора Николая с супругой. Одновременно с о. Павлом в тюрьму отвезли трех священников и двух мирян.
Все они впоследствии были расстреляны. Теперь, лишив храм церковнослужителей, решено было окончательно его закрыть. Трагедией для верующих Мотовилихи стали 1938-1939 гг. когда церковь была почти полностью разрушена. От прежнего великолепия осталось только одноэтажное основание храма, в алтаре которого установили агрегат для замешивания теста.
Больше чем полвека понадобилось, чтобы вместо баранок из храма стали приносить просфоры. Немало сил было потрачено, пока наконец Постановлением администрации г. Перми № 2039 от 15 ноября 1994 г. Приходскому совету Свято-Троицкой церкви «под существующий комплекс» предоставлено в бессрочное пользование 0,612 га земли. Той самой, которая и принадлежала ранее храму. Здание церкви, вернее, то, что от него осталось, представляло из себя развалины: из обветшалых стен вываливались кирпичи, кое-где сохранившаяся штукатурка свисала грязными клочьями, выбитые окна зияли черной пустотой или были заколочены досками.
3 декабря 1994 г., в канун праздника Введения во храм Пресвятой Богородицы в расчищенном от мусора побеленном Успенском приделе воздвигнут временный иконостас, начинаются службы.
3 февраля 1995 года был официально зарегистрирован Cвято-Троице Стефанов мужской монастырь, 2 февраля 1996 года принят устав монастыря. Наместником с 1995 по 2004 годы был архимандрит Стефан (Сексяев).
Вместе с реконструкцией Свято-Троицкого храма создаются монастырские скиты на базе открывающихся или строящихся церквей. В них по возможности почти сразу же, параллельно восстановлению начинается богослужение.
В 1995 г. возводится новый храм Божией Матери «Скоропослушницы» в п.Верхняя Курья.
На Северном кладбище освящается место под храм-часовню «Всех святых в земле Российской просиявших»
В 1996 г. образуются скиты в д. Воробьи – Крестовоздвиженский и в с. Красная Слудка – Вознесенский, а в центре Перми организуется подворье в только что возвращенной часовне свт. Стефана Великопермского.
В 1997 г. в воинской части поселка Звездный освящен храм, который поручено окормлять монастырю.
Открывается скит в д. Успенка, где подвизался преп. Трифон Вятский.
В 1999 г. прибавляется еще два скита – в д. Висим строится небольшая церковь в честь иконы Божией Матери «Умиление», и на севере, в с. Искор восстанавливается храм Рождества Христова.
4 декабря 1999 г. заблестел центральный купол монастырского храма, над ним водрузили крест. Был также установлен и главный колокол звонницы весом 1300 кг – крупнейший в Перми. Еще ранее, 9 мая 1999 г., к престольному празднику, устроен нижний храм святителя Стефана Великопермского.
26 апреля 2000 г., в Великую Среду, законченый вид приобрела колокольня – ее увенчал шатер. Свято-Троицкий собор предстал такой, какой он был до 1938 года. 14 февраля 2001 г. накануне престольного праздника освящен восстановленный Сретенский придел. На Пасху открыт главный храм – Троицкий. К концу года завершены работы по воссозданию Успенского придела.
При содействии городской и районной администрации проведено благоустройство прилегающей к церкви территории. Начато строительство монастырской стены, в которой предусмотрены подсобные помещения, заложен братский корпус.
В настоящее время Свято-Троицкий храм монастыря восстановлен полностью. Территория рядом с обителью благоустроена. Автор проекта восстановления Свято-Троицкой церкви А.А. Метелев совместно со священником Валерием Жеховым разработали генеральный план архитектурного развития монастыря. Программа развития монастыря рассчитана на 25 лет и предполагает создание комплекса, включающего кельи, библиотеку, мастерские, воскресную школу и другие необходимые помещения.
С апреля 2004 до 2011 года наместником монастыря являлся игумен Варфоломей (Сибиряков).
С 24 августа 2011 года игумен Серафим (Даниленко) назначен и.о. наместника Свято-Троице Стефанова мужского монастыря. Решением Священного Синода от 15 июля 2016 года игумен Серафим утвержден в должности наместника монастыря (журнал № 73.1).
20 июля 2012 года утвержден Устав Религиозной организации Пермского Свято-Троице Стефанова мужского монастыря с изменением и дополнением в новой редакции с новым наименованием: Религиозная организация «Пермский Свято-Троицкий Стефанов мужской монастырь Пермской Епархии Русской Православной Церкви (Московский Патриархат)».
Настоятелем (священноархимандритом) Пермского Свято-Троицкого Стефанова мужского монастыря является Высокопреосвященнейший Мефодий, Митрополит Пермский и Кунгурский (Немцов Николай Федорович)