La cathédrale de la Trinité est la partie centrale de l'ancien ensemble architectural du monastère Ipatiev à Kostroma. En 1560, grâce aux fonds de D. I. Godounov, le premier temple en pierre de la communauté a été construit, qui, selon le Livre des recensements de 1628, était à deux colonnes et avait des chapelles en l'honneur de l'apôtre Philippe et du saint martyr Hypatios. En 1649, l'ancienne cathédrale a été détruite à cause d'une explosion de poudre à canon stockée dans son sous-sol. Il est probable que ce stock soit resté après le siège du monastère pendant le Temps des troubles. Par ordre du tsar Alexeï Mikhaïlovitch, un nouveau temple a été construit à sa place entre 1650 et 1652, conservant les anciennes consécrations des chapelles. À la fin du XVIIe siècle, une chapelle dédiée à Michel Malein a été ajoutée au sud-est du temple.

La cathédrale est un grand temple à trois absides et à quatre colonnes, avec un toit à pignons, reposant sur un puissant sous-sol et couronné de cinq coupoles en forme d'oignon recouvertes d'écailles sur des tambours lumineux. Elle est entourée de galeries à deux niveaux sur trois côtés. À l'extrémité de la galerie sud se trouve la chapelle de Michel Malein, qui n'a pas de saillie d'autel. Son toit est composé de huit pentes avec des frontons doux, et le sommet est décoré d'une petite coupole en forme d'oignon sur un tambour aveugle, dont le bas est orné de kokoshniks semi-circulaires. La façade de la cathédrale est modeste mais typique de l'architecture du milieu du XVIIe siècle. Les murs sont divisés par des pilastres lisses en trois travées, et la corniche à multiples facettes, soutenue au-dessus des pilastres, coupe les arcs doux des pignons. Les fenêtres en arc étroit, situées sur la façade ouest, une dans chaque travée, et sur les façades latérales dans un rythme plus libre, sont placées dans de profondes embrasures sans encadrements. Les ouvertures des fenêtres sur la façade nord, faisant face à l'entrée principale du monastère, sont intégrées dans la composition d'une frise arcadée ornée de colonnes, décorant le mur. Des arcs en forme de coin, reposant sur des colonnes avec des renflements, décorent les tambours des coupoles. Les demi-cercles des absides sont séparés par des colonnes angulaires, émergeant des murs. La corniche de la partie autel du temple, unie à la chapelle de Michel Malein, est compliquée par des bandes de coureur et des petits éléments décoratifs. Dans la partie inférieure des murs, elle est doublée par des éléments dessinés du socle profilé, séparant le sous-sol du volume principal. Les fenêtres des absides sont encadrées de garnitures prospectives avec un contour en forme de coin. Contrairement à la décoration sobre des murs du volume principal, la décoration des galeries est plus riche. À la base des murs se trouve un socle profilé, les niveaux sont séparés par une large ceinture avec des bandes, qui décorent également les pilastres, divisant le mur en travées uniformes, chacune contenant une fenêtre. Une attention particulière est accordée à la décoration de la galerie sur la façade nord. Les bandes, les encadrements de fenêtres et les corniches sont complétés par des sculptures en pierre blanche : rosaces, bandes de perles et tresses sculptées. Le porche d'entrée avec un roudnik sur le flanc droit de la façade nord repose sur quatre colonnes décorées avec de puissantes bases, portant des arcs suspendus avec des poids. À la base de la structure en forme de tente octogonale se trouve une chaîne de petits kokoshniks en forme de coin. Un haut escalier repose sur des arcs rampants.