Соборная церковь во имя Живоначальной Троицы была возведена в 1699 году под руководством настоятеля Филарета Озадского на месте деревянной постройки. Она расположена на северной стороне монастырской стены, рядом со Святыми воротами. Церковь была теплой и пятиглавой, с сомкнутым сводом и завершением в виде пятиглавия на восьмигранных барабанах. К ней примыкал придел во имя Преподобного Филиппа Ирапского, добавленный в 1840-х годах. В 1830 году произошел значительный пожар, который повредил Троицкую церковь и полностью уничтожил деревянную колокольню. В том же году была построена новая колокольня и отремонтирован храм.

Архитектурное решение здания было характерным для русской архитектуры XVII века, хотя и без характерного каменного декора.

В советское время в здании размещалось общежитие для женского медперсонала. В 1996 году, в праздник Троицы, храм сильно пострадал от пожара.