Липецкое духовное училище было основано в 1829 году. Его торжественное открытие состоялось 10 сентября того же года. Училище существовало за счет взносов церквей 12 благочиннических округов Тамбовской епархии: четырех – Липецкого уезда, четырех – Лебедянского и четырех – Усманского. Обучались в нем большей частью дети священно- и церковнослужителей этих уездов.

Смотрителем назначался инспектор Лебедянских училищ Филипп Кастальский.
Первоначально Липецкое духовное училище вместе с приходским располагалось в наемном доме. За 375 рублей ассигнациями был нанят каменный дом Яковлева.

В 1830 году в училище преподавали следующие предметы: чистописание, грамматику российскую, грамматику славянскую, арифметику, пространный катехизис, священную историю, географию, латинский, греческий язык, церковный устав и нотное пение.
В XX веке к этим предметам добавились краткая история церковная и гражданская, природоведение и черчение.

С марта 1838 по октябрь 1839 года в Липецком духовном училище преподавал Александр Михайлович Гренков (1812-1891) – будущий знаменитый оптинский старец иеросхимонах Амвросий.

В 1836 году за 29950 рублей было приобретено здание на ул. Дворянской (ныне Ленина) для размещения в нем училищно-бурсачного дома (общежития) на 100 учащихся.

В 1875 году почетный блюститель по хозяйственной части Липецкого духовного училища надворный советник Петр Аввакумович Трунцевский и его супруга Софья Николаевна решили пожертвовать училищу свой большой каменный двухэтажный дом на Лебедянской улице (ныне улице Зегеля) под устройство в нем общежития для своекоштных воспитанников (тех, кто учился за свой счет).

В 1876 году дар был принят. На втором этаже этого дома по воле завещателей был устроен храм во имя святой Софии, считающейся покровительницей мудрости и всякого учения.

К 1883 году было завершено строительство нового двухэтажного с подвалами и трехэтажной пристройкой здания общежития для учащихся Липецкого духовного училища. Корпус был П-образным в плане, с двориком, открытым на Дворянскую.

В 1889 году в училище обучалось 206 человек. Стоимость проживания в училище в течение учебного года составляла 52 рубля 50 копеек, с инославных – 100 рублей. Учащиеся обеспечивались формой. На ремне и форменной фуражке красовались буквы «Л.Д.У.»

Правила приема в училище были следующими: в приготовительный класс принимались мальчики 9-11 лет с непременным знанием 10 молитв, истории двунадесятых праздников, умеющие читать по-русски и по-славянски и пересказать прочитанное, списывать с книги без пропусков букв, писать под диктовку, знать цифры в пределах 100, знать арифметические действия, в том числе умножение и деление в уме чисел первой сотни на однозначные. В первый класс – мальчики 10-12 лет, обученные читать и писать, знающие части речи, составные части предложения, историю Ветхого и Нового завета, 4 арифметических действия, умножение в пределах 100. Количество инославных учащихся было ограничено 10 %.

К началу XX века здание училища на Лебедянской улице, пожертвованное Трунцевскими, обветшало, в стенах его появились трещины. В здании стало опасно находиться, но строительство нового было сопряжено с большими затратами.

Вопрос о постройке нового здания для училища был решен в 1904 году. Предполагалось построить училище с пятью классами – четырьмя штатными и приготовительным, с церковью и квартирой смотрителя. 31 июля 1906 года проект был рассмотрен технико-строительным комитетом Синода и возвращен на доработки для устранения излишеств и недостатков.

В связи с планируемым шестиклассным устройством духовных училищ по указу Святейшего Синода был составлен новый проект, утвержденный 3-18 декабря 1912 года и предусматривающий сооружение двух дополнительных классов – 5 6, физического кабинета, дополнительных коридоров и расширение церкви. Смета выросла до 100 000 рублей.

Новый проект, составленный архитектором Андреевым 1912 году, после долгого рассмотрения также был признан неудовлетворительными в конце концов строительство здания было начато по проекту Владимира Ивановича Фреймана, архитектора Тамбовской епархии.

Постройка большого двухэтажного здания, рассчитанного на 6 классов, с гимнастическим залом и домовой церковью святой Софии велась в 1913-1914 годах из красного кирпича с применением для отделки шлакового кирпича, изготовлявшегося на Сокольском заводе. Постройка за счет этого приобрела необычный и привлекательный вид. Под зданием был устроен подвал для размещения котельной (использовалось пароводяное отопление), кладовой, архива и помещения прислуги.

Здание духовного училища было освящено 9 октября 1914 года с присвоением имени святителя Питирима Тамбовского, причисленного к лику святых в этом же году.

В том же 1914 году в училище обучалось 219 человек, за два года их число выросло на 46 человек.

В годы Первой мировой войны Липецким отделением Всероссийского общества попечения о беженцах в здании духовного училища был открыт пансион, воспитанники которого жили здесь же, в нескольких классных комнатах, переданных под общежитие.
В 1918 году училище было закрыто.

В годы Великой Отечественной войны в этом здании размещался госпиталь, потом средняя школа № 5. С 1970 года – Институт усовершенствования учителей. В настоящее время его занимает Управление здравоохранения Липецкой области.

Здание сохранилось практически в неизменном виде. Утрачены лишь купол с главкой и крестом над притвором церкви и маленькая главка над алтарем.

Менее повезло зданию училищного общежития. В нем проходило первое заседание Липецкого совета депутатов, потом здание пустовало. С февраля 1918 года здесь размещался ревтрибунал. После этого здание занимали различные учреждения, а в 1973 году оно было снесено.