Cerkiew została wzniesiona w latach 1973-1982 według projektu prof. dr hab. arch. Aleksandra Grygorowicza, którego koncepcję plastyczną stworzył malarz Jerzy Nowosielski. Świątynia usytuowana jest w północno-wschodnim narożniku działki znajdującej się u zbiegu ulic ks. A. Dziewiatowskiego oraz Mostowej.
Jest to budynek o konstrukcji szkieletowej, żelbetowej, gdzie zgodnie z informacją przekazaną przez obecnego ks. proboszcza Michała Niegierewicza, ściany wypełniono cegłą wypalaną. Budynek pokryty jest cienkościenną powłoką żelbetową. Dach kryty blachą miedzianą płaską, łączoną na rąbek stojący, w formie falującej linii nieregularnie wystaje poza elewacje obiektu.
Na świątyni umieszczono dwie kopuły, jedną nad nawą główną, drugą nad baptysterium (obecnie kaplicą św. Gabriela). Cebulaste kopuły umieszczone na ściętych stożkach przykryte są blachą stylizowaną w karo i zwieńczone krzyżem.
Stworzenie przez Jerzego Nowosielskiego koncepcji plastycznej, według której Aleksander Grygorowicz wykonał projekt architektoniczny budowy świątyni w Hajnówce wpłynęło na nowatorskie wykonanie budynku i wysoki poziom artystyczny budowli, z zachowaniem tradycji cerkiewnych. Polichromie, których realizację początkowo powierzono również Nowosielskiemu, wykonał w latach późniejszych grecki malarz Dimitrios Andropulos z zespołem.
Świątynię konsekrowano w 1992 r., gdy ówczesnym proboszczem parafii był ks. Antoni Dziewiatowski.
- Cerkiew pw. Świętej Trójcy stanowi cenny w skali regionu i kraju obiekt sakralny, którego architektura reprezentuje wysoki poziom artystyczny. Architektowi udało się połączyć tradycję chrześcijańskiego wschodu z nowoczesnością. Obiekt ten jest nowatorską interpretacją układu krzyżowo-kopułowego charakterystycznego dla bizantyjskiej architektonicznej tradycji cerkiewnej. Inspirację tradycyjnym układem krzyżowo-kopułowym odczytać można w asymetrycznym planie skoncentrowanym wokół czterech masywnych słupów z wpisanym w niego krzyżem, wydłużonych pendentywach, parabolicznych sklepieniach, wolnostojącej dzwonnicy oraz apsydzie opartej na wycinku koła – opisuje w decyzji wpisu do rejestru prof. Małgorzata Dajnowicz.
