Православие является ведущей религией на территории Румынии, но так было не всегда. Только в середине XIX века местная православная церковь получила статус официальной в Австро-Венгрии, куда тогда входила территория Румынии. Сибиу был крупным религиозным центром, где уже находились синагога, католический костел, лютеранский храм. Поэтому главный православный собор Румынии решили строить здесь. Для этого на улице Митрополии пришлось снести 8 жилых домов и маленькую греческую православную церковь.

Начало XX века характеризовалось расцветом интереса к Византии, тем более что Румыния всегда находилась на стыке западной и восточной культур. Из 30 предложенных Консистории Архиепископа проектов был выбран самый «византийский», напоминающий базилику Святой Софии в Стамбуле. В итоге в 1906 году храм был освящён, в нем разместилась кафедра архиепископа Сибиу и митрополита Трансильвании, и собор стал называться Кафедральным.

В небо взметнулись две башни высотой 45 метров, огромный купол диаметром 15 метров и высотой 35 метров накрывает неф, четыре башенки поменьше украшают 1,5-метровые кресты. Внешние стены отстроены из кирпича красного и желтого оттенков, ряды чередуются, создавая узор, похожий на традиционный румынский ковёр.

Внутри храм производит еще более сильное впечатление, чем снаружи. Он как будто впитал все краски Румынии и её основные цвета: синий, как небо и золотой, как поля пшеницы. Все фрески в храме и деревянный, крытый золотом, иконостас выполнены трансильванским художником Октавианом Смигелски. Он закончил Академию Искусств в Будапеште, затем учился в Италии. Перед тем, как приступить к росписи храма, объездил десятки старинных церквей в Румынии, Молдавии и Западной Украине. В итоге Собор Святой Троицы получил пышное убранство из мозаик, витражей и фресок (самая большая – Спас Вседержатель – украшает свод главного купола). По изображениям видно, что они современные, кроме каноничности в них присутствует и нотка модернизма. Контраст Собора Святой Троицы, островка Византии, с окружающими домами в саксонском стиле был всегда и сохраняется сейчас, но лишь добавляет очарования средневековому городу.