El templo principal del nuevo monasterio, al igual que en la Lavra de la Trinidad de San Sergio, fue la catedral de la Trinidad, que durante mucho tiempo permaneció de madera. El primer templo de piedra fue construido entre 1763 y 1771 por iniciativa y con los fondos del obispo de Rostov, Afanasio. El altar principal fue dedicado a la Santa Trinidad, el ábside sur a los santos Serguéi y Nikon de Radonézh, y el ábside norte a los santos Afanasio y Cirilo de Alejandría. El nombre del primer ábside está relacionado con el santo Serguéi, el protector celestial del monasterio, y el segundo ábside recibió el nombre del santo que lleva el mismo nombre que el obispo Afanasio, quien fue el fundador del templo. La consagración de la catedral de la Trinidad fue realizada personalmente por el obispo de Rostov el 16 de octubre de 1771.

En 1919, el monasterio de la Trinidad de San Sergio fue cerrado y en los años siguientes fue casi completamente destruido. Los bolcheviques trataron con crueldad: fueron destruidos la catedral de la Trinidad, la cerca, los edificios residenciales y de servicio, y a través del territorio del antiguo monasterio se construyó una carretera. Solo sobrevivieron la iglesia de la Introducción y varios edificios de celdas.

En 2000 comenzó la construcción de una nueva catedral de la Trinidad, lo más parecida posible a la destruida. Para julio de 2003, se habían erigido en el monasterio la catedral de la Trinidad con un campanario de cuatro niveles, un edificio de dos pisos para el refectorio y tres muros con torres.