Свято-Троицкий собор в Валдае был построен в XVIII веке — известно, что уже в 1772 году храм был преобразован в собор. Он является одним из элементов, которые формируют ансамбль площади Свободы.
В 1930-е годы эту церковь закрыли, во время Великой Отечественной войны здесь располагались госпиталь и Дом Красной Армии политуправления северо-западного фронта. После окончания боевых действий в соборе открыли районный Дом культуры. Ночью 1 января 1993 года здание получило серьёзные повреждения во время пожарах и несколько лет пребывало в руинированном состоянии.
Восстановление храма на средства жителей Валдая началось в конце 1990-х годов, купола были освящены в 1998 году. Троицкий собор освятили в престольный праздник 3 июня 2001 года.
