С южной стороны Троицкой церкви в середине XVII века находились бобыльские дворы, которые Богдан Цветной перенес на посад. На освободившемся месте в 1648 году была построена каменная Казанская надвратная церковь. На южной стороне церкви над окнами в клеймах имеются надписи, указывающие на дату строительства и имя строителя: «1648 года создана сия церковь», «а строенье торгового человека Тарасия, Борисова сына, по реклому Богдана Цветнова». Казанская надвратная церковь была возведена через пять лет после Троицкой и является одним из великолепных зданий ансамбля Троицкого монастыря. Ее размеры миниатюрны, в плане она вдвое меньше Троицкой церкви. Наружный размер, включая алтарную часть, составляет всего 2,5 сажени. Однако благодаря тому, что церковь возвышается над «вратами», выполняющими роль парадного входа в монастырь, и необычной для того времени шатровой композиции, Казанская надвратная церковь не уступает Троицкой. Богдан Цветной, вероятно, хотел создать храм, подобного которому не было ни в его родном Муроме, ни в Москве, где он был одним из богатых купцов. Приглашенный им зодчий проявил большой вкус и такт, показав глубокое понимание русского зодчества, применив в церкви висячие колонки, характерные для владимиро-суздальской архитектуры, и детали шатровых храмов XVI века. Смещение надвратной церкви в сторону от оси запад-восток, на которой расположена Троицкая церковь, положило начало созданию сложной архитектурной композиции, завершенной позднее строительством колокольни. Казанская надвратная церковь по декоративному убранству превосходит Троицкую. Ее изящные пропорции создают впечатление, будто здание вытесано из единого монолита. Храм кубической формы установлен на высокое каменное основание Святых ворот, состоящих из двух арок, большей и меньшей, представляющих собой скульптурную композицию из висячих полуколонок. Основания арок опираются на прямоугольные столбы с нишами и белокаменными деталями. Южный фасад четверика разделен на две почти равные части спаренными трехчетвертными колонками, отражающими внутреннюю планировку. Узкие щелевидные оконные проемы и ниши, расширенные в XVIII веке, обрамлены полуколонками из лекального кирпича, опирающимися на консоли и соединенными полуциркульными арочками. Над проемами расположено шесть декоративных шлемовидных вставок, клейм. В центральных клеймах вырезаны дата строительства и имя строителя. В карниз, широкий и плоский, вставлен сплошной ряд изразцов, продолжающийся вокруг всего здания. Четверик завершается кокошниками с позакомарными покрытиями. Угловые кокошники соединены декоративными вставками, показывающими тонкое художественное чутье мастера. Над кокошниками возвышаются изящные восьмигранные восьмерик и шатер. В каждой грани восьмерика почти квадратная ниша, на внутренней плоскости которой по вертикали размещены три разноцветные изразцовые плитки. Верх восьмерика завершается карнизом с зубчиками и 16 кокошниками, являющимися основанием восьмигранного шатра, завершенного тонкой шейкой трибунки и луковичной главкой. В основании каждой грани шатра ряд слухов с треугольными фронтончиками. Интересна и паперть на западной стороне церкви, расположенная над каменными палатками хозяйственного назначения. Если декор части, примыкающей к четверику, повторяет архитектурные детали основного объема, то в архитектуре стены, примыкающей к колокольне, появляются иные детали. Вероятно, эта часть была открытой галереей с изящными окнами с двухлопастными заполнениями арок, внутренние пяты которых опираются на резную из белого камня гирьку, висящую на металлическом штыре. Этот прием впервые применен в галерее муромской надвратной Казанской церкви и повторялся в других зданиях города, например, в крыльце Благовещенского собора. Архитектура нижней части подклета надвратной церкви проста и лишена деталей. С южной стороны подклета единственное окно обведено простой тягой из лекального кирпича, входы в палатку с северной стороны представляют собой простые проемы.

Шатровая Казанская церковь первой половины XVII века, один из немногих храмов того времени, построенных с отступлением от «церковного чина», в обход преобразований патриарха Никона, запретившего строительство шатровых храмов. К сожалению, интерьеры Троицкой и Казанской надвратной церквей не сохранились до наших дней. Уже в конце XVIII века здесь были проведены значительные переделки. В 1786 году, как подтверждает летопись монастыря, в Троицкой церкви вместо дверей сделали «две круглые перемычки», и была пробита новая дверь для входа в церковь на месте прежней, обращенной в арку. Двери, ведущие из папертей в церковь, расширили на аршин в обе стороны и на половину аршина в высоту, поэтому сегодня трудно судить о форме и декоративном обрамлении входов в церковь. Отличительной особенностью Троицкой и надвратной Казанской церквей является наличие в стенах «голосников», резонаторов кувшинообразной формы, утопленных в стены и значительно улучшающих акустику.