La cathédrale de la Trinité est le plus ancien bâtiment en pierre conservé à Pochekhonye. Sa partie principale est un massif quart de carré à deux lumières, surmonté d'un haut dôme à cinq coupoles. À l'est, elle est adjointe d'une partie altérienne à trois absides, et à l'ouest, d'une petite salle à manger rectangulaire. La construction de la cathédrale rappelle celle de la cathédrale de l'Île de la Théophanie de 1702. Les murs épais et deux puissants piliers carrés soutiennent un système d'arcs en plein cintre et de voûtes en croix. La coupole centrale a un tambour lumineux, tandis que les coupoles latérales sont aveugles. L'apparence extérieure de la cathédrale est simple : les fenêtres sur les murs nord et sud sont disposées par trois dans la partie supérieure et une de chaque côté du portail en bas. Actuellement, les fenêtres et portails inférieurs sont partiellement perdus. La corniche dentelée sert de base à cinq demi-cercles sur chaque façade. Sur le mur occidental, deux petites fenêtres en forme de croix, apparues dans la seconde moitié du XVIIIe siècle, sont symétriquement disposées. À cette époque, les angles du quart de carré ont été décorés de bossages.

L'intérieur de la cathédrale ne s'est pas conservé, il ne reste que de petits fragments des fresques du XVIIIe siècle. Au nord-ouest de la cathédrale se dresse un clocher à quatre niveaux, construit dans la seconde moitié du XIXe siècle, rappelant les clochers disparus de Yaroslavl. Trois volumes cubiques massifs servent de base à une rotonde avec de hauts arcs, surmontée d'un dôme. Cette composition est caractéristique des projets de l'académicien K.A. Ton, dont l'influence est visible dans l'architecture provinciale du XIXe siècle. La décoration du clocher est également réalisée dans ce style : le premier niveau est orné d'une frise de kokoshniks avec une fenêtre ronde au centre. Les arcs des niveaux inférieurs sont encadrés de demi-colonnes à facettes avec un entablement et des archivoltes en forme de kil. Les murs du niveau supérieur sont décorés de pilastres toscans. Au nord de la cathédrale se trouvait l'église chaude de la Nativité du Christ, aujourd'hui disparue, qui faisait partie du complexe cathédral.