В 1780 году граф Р.И. Воронцов, наместник Тамбовской губернии, выбрал участок между городской стеной и монастырём для строительства главного семинарского корпуса. Однако место оказалось слишком тесным, и в 1782 году для строительства выделили квартал между Покровской церковью и архиерейским домом.

Главный двухэтажный корпус был заложен по проекту архитектора В.А. Усачёва на высоком берегу реки Цны 30 мая 1785 года. Строительство затянулось, и в 1788 году в недостроенное здание по Указу Синода перевели три класса семинарии: богословский, философский и риторический. В этом же году епископ Тамбовский и Шацкий Феофил взял на себя заботу о строительстве и обустройстве семинарии. Главный корпус был окончательно завершён в 1798 году, после чего началась подготовка к строительству каменных флигелей. Первый флигель для воспитанников, столовой и хлебни был завершён в 1800 году.

Второй флигель, предназначенный для учителей, заложили в 1800 году и завершили в 1805 году. На северной стороне семинарской усадьбы находился больничный флигель, а симметрично ему у южной ограды были построены погреб, ледник и баня. После пожара 1805 года, уничтожившего часть деревянной ограды, началось строительство каменной, завершённое в 1807 году.

В 1822 году в усадьбе появился новый больничный корпус на каменном фундаменте. В это время семинарские здания были перегружены уездным и приходским училищами, и не хватало помещений для преподавателей. Строительство нового корпуса началось в 1823 году и завершилось в 1825 году, а в 1826 году здание было оштукатурено и полностью отделано.

По словам С.А. Березнеговского, при строительстве корпуса изменили план и фасад. На двух этажах надстроили мезонин, со стороны площади установили колонны, поддерживающие крыльцо, а со стороны семинарского двора появились пилястры. К середине XIX века на территории семинарии также находились конюшни, экипажный сарай и амбары для хранения зерна.

В 1847 году в зале семинарских собраний главного корпуса открыли первую училищную церковь, освящённую епископом Тамбовским и Шацким Николаем в честь Николая Чудотворца. Церковь украсили иконостасом и иконами, выполненными по золотому фону в греческом стиле. Над царскими вратами была изображена «Тайная вечеря», а окна застеклили богемским стеклом. Для храма приобрели хрустальное паникадило, кровлю и перекрытия.

На протяжении XIX века здание неоднократно расширялось и перестраивалось, и лишь к концу столетия приняло современный вид.