Le principal temple du nouveau monastère, comme à la laure de la Trinité-Saint-Serge, est devenu la cathédrale de la Trinité, qui est restée en bois pendant longtemps. Le premier temple en pierre a été construit entre 1763 et 1771 à l'initiative et aux frais de l'évêque de Rostov, Athanase. Le maître-autel était dédié à la Sainte Trinité, le chapelle sud aux saints Sergius et Nikon de Radonège, et la chapelle nord aux saints Athanase et Cyrille d'Alexandrie. Le nom de la première chapelle est lié au saint Sergius, le patron céleste du monastère, tandis que la seconde chapelle a été nommée d'après le saint, homonyme de l'évêque Athanase, qui était le fondateur du temple. La consécration de la cathédrale de la Trinité a été réalisée personnellement par l'évêque de Rostov le 16 octobre 1771.

En 1919, le monastère de la Trinité-Saint-Serge a été fermé et, au cours des années suivantes, presque complètement détruit. Les bolcheviks ont traité ce lieu avec cruauté : la cathédrale de la Trinité, la clôture, les bâtiments résidentiels et utilitaires ont été détruits, et une route automobile a été tracée à travers le territoire de l'ancien monastère. Seules l'église de l'Entrée et quelques corps de cellules ont survécu.

En 2000, la construction d'une nouvelle cathédrale de la Trinité a commencé, ressemblant le plus possible à celle qui avait été détruite. En juillet 2003, le monastère avait érigé la cathédrale de la Trinité avec un clocher à quatre niveaux, un bâtiment de réfectoire à deux étages et trois murs avec des tours.