Во второй четверти XV века была возведена каменная церковь в честь святого основателя монастыря, преподобного Сергия Радонежского. К ней примыкала братская трапезная с хлебодарней. Иеромонах Самуил начал капитальную перестройку зимнего Сергиевского храма, добавив к существующему Никольскому приделу новый придел в честь Тихвинской иконы Божией Матери. Завершил строительство и отделку храма преемник Самуила, игумен Назарий, также известный как подвижник благочестия XIX века. При нем в 1833 году митрополит Московский и Коломенский Филарет Дроздов освятил новопостроенный храм.

Сегодня храм преподобного Сергия полностью отреставрирован, вместе с примыкающим настоятельским корпусом. Восстановлены колокольня с надвратной Введенской церковью и западный и восточный братские корпуса. Эти здания используются для нужд Коломенской Духовной семинарии, расположенной в стенах обители, и в 2010 году были переданы монастырем в безвозмездное пользование семинарии.