Икона была написана для церкви Пресвятой Живоначальной Троицы Антониево-Сийского монастыря, расположенного недалеко от Архангельска, по поручению основателя обители, преподобного Антония Сийского (1477—1556).

Вероятно, Антоний Сийский помогал художнику, писавшему образ, поскольку сам занимался иконописью в юности, о чем свидетельствует житие преподобного. 

Первый Троицкий храм сгорел, но икона «Ветхозаветная Троица» чудом была спасена от пожара и находилась в монастыре вплоть до его закрытия в 1921 году, после чего хранилась в Архангельском краеведческом музее. 

При поступлении в мастерскую реставрации темперной живописи красочный слой иконы был покрыт темной загрязненной пленкой олифы. Контуры живописной композиции под потемневшим покрытием едва просматривались. 

Специалисты провели ряд предреставрационных исследований, в том числе исследование грунта и красочных слоев, микробиологические пробы. Наблюдались незначительные утраты левкаса и по краям иконы, в ее верхних правом и левом углах, большая утрата наблюдалась в нижней части произведения. Кроме того были отчетливо видны поздние поновления живописного слоя иконы. 

После удаления загрязнений, укрепления грунта и красочного слоя была сделана проба на удаление олифы. Раскрытие происходило поэтапно: вначале раскрывалась левая половина иконы, а затем было произведено полное раскрытие. 

По завершении удаления олифы с записями и прописями по всей поверхности иконы реставратор удалил и зачистил вставной поздний грунт. В места утрат основы был подведен реставрационный грунт, после чего были затонированы утраты авторской живописи.