Іконостас Катедрального собору Пресвятої Трійці у Дрогобичі авторства М. Сосенка – одна з трьох збережених пам’яток його авторства такого типу. Іконостас є свідоцтвом непересічного таланту митця модерної доби і має свої особливості. Над конструкцією невисокої вівтарної перегородки та над її оздобленням, у якому помітний виразний зв’язок із народним мистецтвом, працювали різьбярі Сарабай зі Львова та Ґолембйовський із Дрогобича. А намалювати ікони тодішній парох церкви о. Ігнатій Тисовський запропонував М. Сосенкові. Художник виконував замовлення впродовж 1909–1910 років, його підпис і датування можна побачити на іконах намісного ряду. Іконостас складається лише з двох повноцінних ярусів: уже згаданого намісного та празникового, який скомпоновано у дворівневу схему, – на центральній осі розміщено велику ікону Христа-Архієрея (як натяк на чин моління, що дістав розвиток у розписі святилища початку ХХ ст. і є також у сучасному стінописі храму), над нею – Нерукотворний образ і в завершенні – Розп’яття. Запропонований авторський варіант іконопису – цілісний зразок модерного мистецтва початку ХХ ст., проте водночас цей іконопис демонструє Сосенкове глибоке знання давньоукраїнського малярства, зокрема його барокової доби. Наприклад, у намісному ряду на щедро орнаментованому золотому тлі, що імітує гравірування давньоукраїнських ікон кінця ХVІІ – початку ХVІІІ ст., М. Сосенко закомпонував відверто портретні зображення св. Миколая, архідияконів, Богородиці та Христа і застосував іконописний прийом підкреслення об’єму одежі з допомогою ліній кольорових півтонів і асисту. Подання у «Благовіщенні» на царських вратах образів Богородиці й архангела Гавриїла з лілеєю, вписаних у два великі овали, вражає переконливим модерним звучанням: розкішний рослинний мотив на золотому тлі відмежовано і водночас поєднано з профільними півпостатями м’яких силуетів через великий чистий осяйний німб. Неймовірна колірна гама: позолота з глибоким синім і ніжними блакитно-фіолетовими відтінками – посилює естетичне сприйняття образів. Особливу увагу привертає храмова ікона, яка захоплює синтезом контрасту художніх вирішень фрагментів композиції та їх підпорядкуванням головній ідеї. М. Сосенко в деталях натякає і на народний компонент, помітний у різьбі: палиця з інтарсією та інкрустацією в руці св. Миколая, різьблений інкрустований пюпітр перед Богородицею, дарохранильниця в архідиякона Лаврентія, подібна до тридільного триверхого дерев’яного храму.