Der Haupttempel des neuen Klosters, wie in der Dreifaltigkeits-Sergius-Lawra, wurde die Dreifaltigkeitskathedrale, die lange Zeit aus Holz blieb. Der erste steinerne Tempel wurde 1763-1771 auf Initiative und Kosten des Bischofs von Rostow, Athanasius, erbaut. Der Hauptaltar war der Heiligen Dreifaltigkeit gewidmet, die südliche Kapelle den heiligen Sergius und Nikon von Radonesch, und die nördliche den Heiligen Athanasius und Kyrill von Alexandria. Der Name der ersten Kapelle ist mit dem heiligen Sergius, dem himmlischen Schutzpatron des Klosters, verbunden, während die zweite Kapelle den Namen des Heiligen trägt, der dem Bischof Athanasius gewidmet ist, der der Stifter des Tempels war. Die Weihe der Dreifaltigkeitskathedrale führte der Bischof von Rostow persönlich am 16. Oktober 1771 durch.

Im Jahr 1919 wurde das Dreifaltigkeits-Sergius-Kloster geschlossen und in den folgenden Jahren fast vollständig zerstört. Die Bolschewiki gingen brutal mit ihm um: Die Dreifaltigkeitskathedrale, die Umfriedung, Wohn- und Wirtschaftsgebäude wurden zerstört, und durch das Gebiet des ehemaligen Klosters wurde eine Straße gebaut. Nur die Einführungskirche und einige Zellengebäude blieben erhalten.

Im Jahr 2000 begann der Bau einer neuen Dreifaltigkeitskathedrale, die dem zerstörten Gebäude so ähnlich wie möglich sein sollte. Bis Juli 2003 wurden im Kloster die Dreifaltigkeitskathedrale mit einem vierstöckigen Glockenturm, ein zweigeschossiges Speisehaus und drei Wände mit Türmen errichtet.