Будівництво нового собору було заплановано в 1989 році в зв'язку зі святкуванням 1500-річчя автокефалії грузинської церкви і на відзначення 2000-річчя християнства.

Конкурс на зведення храму виграв витриманий в ретроспективному дусі проект Арчила Міндіашвілі. Висота верхнього храму становить 105,5 метрів (без надкупольного хреста 98 метрів і хрест 7,5 метрів); протяжність зі сходу на захід — 77 метрів, з півночі на південь — 65 метрів, загальна площа — понад 5000 квадратних метрів.

Храм закладений 23 листопада 1995; будівництво велося на пожертвування звичайних городян і великих бізнесменів.

Перше богослужіння в споруджуваному соборі відбулося 25 грудня 2002.

Освячено рівно 9 років після закладки, в день Георгія Змієборця — небесного покровителя Грузії; чин освячення звершив Патріарх-Католікос Ілія II в співслужінні архієреїв і кліриків Грузинської Церкви, а також представники Константинопольської, Олександрійської, Антіохійської, Російської, Сербської, Румунської, Кіпрської, Елладської, Польської, Албанської Церков, Православної Церкви в Америці.

Після освячення до Троїцького собору з Сіоні було перенесено кафедру католікоса Грузії.