Завод начал строиться в 1700 г. по заказу Сибирского приказа рядом с дворцом-заимкой Долматовского Успенского монастыря (1679—1680 гг.) на реке Каменке. Руководство строительством осуществлял боярский сын Иван Астроханцев и плотинный мастер Ермолай Яковлев. Строили мастера и подмастерья, присланные из центральных районов России.
15 октября 1701 г. получен первый чугун, а в декабре изготовлены первые три пушки и две мортиры. В 1730-х гг. завод обносится крепостным валом с внутренней крепостью вокруг здания управления и Церкви Трех Святителей. В 1795 г. крепость была разобрана, а на ее месте осталась крупная предзаводская площадь. По проекту архитектора М. П. Малахова, разработанному в 1823 г., завод был реконструирован в камне, была упорядочена и свободная планировка жилых кварталов XVIII в. В 1861-1863 гг. на заводе внедряется горячее дутье и осваивается сталепушечное производство.
В 1848 г. был разработан первый генеральный план завода на регулярной основе, в рамках которого осуществлялась застройка вплоть до 30-х гг. XX столетия. В связи с истощением близлежащих запасов железных руд завод во второй половине XIX в. не развивался и прекратил свое существование в 1926 г. Все заводские цеха были переданы кустарно-промысловой артели «Серп и молот», производившей кухонную утварь. Производственные здания были полностью разобраны в 1930-х гг. при строительстве Синарского трубного и Алюминиевого комбинатов. Заводская площадка занимает низинную, сравнительно небольшую территорию по обе стороны водосброса западнее плотины. С южной стороны к ней примыкает крупная предзаводская площадь (пл. 25-летия Октября), ограниченная с другой стороны Большой Московской (ул. Ленина). К площади радиально сходятся еще 6 улиц, сохраняя живописную планировку XVIII в. Весь старый жилой массив сосредоточен на правом берегу реки вокруг горнозаводского ядра.
Собственно производственная территория имела небольшое число корпусов, в настоящее время полностью утраченных. Среди них выделялся выстроенный по проекту М. П. Малахова доменный цех с двумя симметрично поставленными кубическими объемами печного отделения, крытых полусферическими куполами. В настоящее время они утрачены.
Подлинным украшением ансамбля старого завода остается предзаводская площадь 25-летия Октября. К бывшей заводской площадке она примыкает с южной стороны и полностью раскрывается на нее с верхней террасы рельефа местности. Южную ее часть акцентирует монументальный объем Свято-Троицкого собора, выполненного в формах позднего барокко и русского классицизма. В 1840-е гг. храм был обнесен кованой оградой с воротами и литыми столбиками. Возле южных ворот стояла скульптурная группа Святая Троица, а возле западных - мраморная композиция с четырьмя ангелами и бюст чугунного литья императору Александру-освободителю (в настоящее время утрачены). Северный фронт площади формируют ансамбль бывшей конторы чугунолитейного завода и вытянутый в широтном направлении корпус заводского склада, приспособленный под городской драмтеатр. Юго-восточную часть площади занимают перестроенные корпуса Гостиного двора.
Объем Свято-Троицкого собора по-прежнему доминирует над всей старой частью города, а ротонда его колокольни перекликается с ротондой завершения заводской конторы, поддерживаемой ранее и куполами доменного цеха. Масштабное и стилевое единство этих главных зданий завода имели выразительную и целостную композицию.