Казанская церковь, согласно надписи на храмозданном кресте, была освящена в 1657 году. Однако, по архитектурным особенностям, ее можно отнести скорее к 70-80-м годам XVII века, так как она тесно связана с памятниками Ростова и Суздаля конца XVII века. Казанская трапезная церковь расположена в глубине Золотниковской пустыни, в девяти с половиной метрах к северо-западу от Успенской церкви, недалеко от западного входа, к которому она обращена западным фасадом. Угловое расположение церкви по отношению к Успенской создает удобные точки обзора и является важным элементом композиции ансамбля. Церковь построена из кирпича с затиркой швов и побелена. Под алтарем виден фундамент из валунов на известковом растворе. Внешняя стена первого яруса имеет толщину в кирпич, а внутри заполнена мелкими валунами и битым кирпичом, чередующимися с кирпичной кладкой. Первый этаж Казанской церкви использовался для хозяйственных нужд, а на втором располагались сама церковь и трапезная палата.

Вместе с главным престолом были освящены еще два: в честь Митрофана Воронежского, постригшегося в Золотниковской пустыни, и Николая Мирликийского. По описи 1764 года, при Казанской церкви были лестница и паперть, под которой находились кухня и кладовая, а также келарская келья. Во второй половине XIX века храм был обновлен на средства Антона Николаевича Шодчина, тогда же с северной стороны церкви добавили кирпичные контрфорсы для укрепления стены. В это же время, или ранее, в церкви разместили библиотеку и архив.

Перекрытия обоих этажей трапезной не сохранились. В первом, как и во втором этаже, трапезная состояла из нескольких помещений, что подтверждают остатки продольной стены в первом ярусе, примыкавшей к западной стене, и пяты различных сводов. В северо-западной части первого этажа был коробовый свод, а в юго-западной, сомкнутый.

Над проемами первого яруса в западной стене, единственной почти полностью сохранившейся, видны остатки распалубок. На западной и восточной стенах второго этажа сохранились пяты цилиндрических сводов, ориентированных с севера на юг. Эти своды, вероятно, были переложены позднее. При обновлении церкви в XIX веке, вероятно, одновременно с расширением южного входа в трапезную, была построена лестница на второй этаж, следы которой видны на внутренней стороне западной стены трапезной. При этом свод первого этажа был пробит. Количество проемов в западной стене трапезной осталось прежним, но все они были расширены и увеличены по высоте. Углы прямоугольных объемов церкви укреплены лопатками. Во втором этаже алтаря выделяются скругленные объемы апсид с полуколонками между ними.

Декор здания сосредоточен в верхних частях и особенно развит в верхней части четверика храма. Над аркатурным поясом, более миниатюрным, чем в главном соборе монастыря, между рядами поребрика проходят перспективные ширинки, а над ними ряд балясин, создавая впечатление широкого орнаментального пояса. Над апсидами расположены фигурные карнизы из поребрика и балясин, которые ранее существовали и над трапезной. Декоративные элементы аналогичны тем, что применены в Успенской церкви.

Четырехскатное покрытие храма Казанской церкви утрачено. В северо-западном углу второго этажа найдена чернолощеная черепица прямоугольной формы с полукруглым концом в глинистой обмазке.

В Казанском храме хранилась особо почитаемая древняя икона Казанской Божией Матери в серебряном окладе с позолотой, украшенном жемчугом. По преданию, именно эту икону нашел основатель обители на пне, на котором впоследствии устроили престол в приделе Иоанна Белгородского Успенского собора.